ChSTU repository

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________           «Допущено до захисту» 
     Завідувач кафедри  д.т.н., професор 
     _________Геннадій СТОЛЯРЕНКО 
                                                                       «____»  _________________2023р. 
 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
на тему 
ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ВДОСКОНАЛЕННЯ ЕЛЕКТРОХІМІЧНИХ МЕТОДІВ 
ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД ПІДПРИЄМСТВ ХІМІЧНОГО КОМПЛЕКСУ. 
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
Науковий керівник Виконавець роботи 
д.т.н., професор магістрант 
  
___________ Геннадій СТОЛЯРЕНКО __________ Андрій НЕЗБОРЕЦЬКИЙ  
  
  
  
  
  
      Нормоконтроль                         Наталія ФОМІНА 
  
 
 
Черкаси 2023 
 
ВСТУП 
 
Актуальність теми. Для Донбасу характерна як проблема обмеженості 
водних ресурсів, так і негативний вплив шахтних вод, які скидаються, на 
гідрографічну сітку. Одночасно з видобуванням вугілля забирається вода, об’єм 
якої в декілька разів перевищує об’єм споживання її промисловими 
підприємствами галузі. Закриття в даний час багатьох шахт не призведе до 
суттєвого покращення притоку шахтних вод. У зв’язку з цим, а також з 
зростаючим дефіцитом питної води актуальними стають питання запобігання 
забруднення підземних вод, очищення забруднених шахтних вод і повторного 
використання їх для потреб вугільної промисловості, а також суміжних галузей 
сільського господарства. Забруднені води, які одночасно забираються, повинні 
піддаватися очищенню. Ці води після відповідної водопідготовки можуть бути 
використані для технічного водопостачання. 
Найбільш гостро проблема очищення шахтних вод стоїть в Донецькій та 
Луганській областях, що зумовлено як обмеженістю водних ресурсів, так і 
визначальним впливом шахтних вод, які скидаються, на забруднення водойм регіону. 
 Скидання шахтних вод призводить до порушення природних режимів у 
гідрологічній сітці, збільшення вмісту солей твердості і замулювання 
водоймищ, тим самим погіршуючи стан і показники якості водних об’єктів, 
особливо малих річок. Майже всі шахтні води, які скидаються, агресивні і 
містять значні кількості важких металів та інших мікроелементів. Серед них – 
цинк, нікель, марганець, кобальт та ін.  
Шахтні води, головним чином, забруднюються зваженими та розчиненими 
мінеральними речовинами, бактеріальними домішками мінерального, 
органічного та бактеріального походження. Наявність у воді забруднень 
викликає її помутніння, обумовлює окиснюваність та кольоровість, надає запах 
та присмак, визначає мінералізацію, кислотність та твердість. У більшості 
випадків шахтні води не придатні до пиття і володіють властивостями, які 
виключають їх використання в технічних цілях без попередньої обробки. 
Вибір оптимальної технологічної схеми очищення води достатньо складне 
завдання, що зумовлено переважним різноманіттям домішок, які знаходяться у 
воді, і високими вимогами, які пред’являються до якості очищення води. При 
виборі способу очищення шахтних вод враховують не тільки їх склад, але її 
вимоги, яким повинні відповідати очищенні води: при скиданні у водоймище – 
ГДС та ГДК, а при використанні очищених стічних воду виробництві – вимоги, 
які необхідні для здійснення певних технологічних процесів. 
Кваліфікаційна робота магістра виконувалась на кафедрі хімічних 
технологій та водоочищення Черкаського державного технологічного 
університету. 
Мета і задачі дослідження. Мета роботи – вибір та обґрунтування 
ефективної  технології очищення шахтних вод для зниження техногенного 
впливу підприємств вугільної промисловості на навколишнє середовище. 
Реалізація поставленої мети передбачає вирішення таких задач: 
- дослідити та оцінити хімічний склад шахтних вод; 
- проаналізувати шахтні води на відповідність їх вимогам можливих 
споживачів; 
- провести аналіз ефективності існуючих методів очищення; 
- розробити оптимальну технологічну схему очищення. 
Об’єкт дослідження – вихідна шахтна вода. 
Предмет дослідження – визначення залежності параметрів 
електрохімічного впливу на склад шахтних вод. 
Методи дослідження В експериментальних дослідженнях використовували 
титрометричний метод аналізу для визначення вмісту хлоридів та загальної 
твердості шахтної води. Ваговий метод використовувався для визначення 
вмісту сухого залишку. Фотокалориметричний – для визначення вмісту 
сульфатів. Потенціометричний – для визначення рН шахтної води. 
Наукова новизна одержаних результатів: 
- встановлено залежність ступеня очищення шахтних вод процесів 
проведення електроактивації та електродіалізу; 
- встановлено оптимальні параметри проведення процесів 
електроактивації та електродіалізу. 
 
Практичне значення одержаних результатів: 
- розроблена технологічна схема може бути впроваджена на гірсько-
видобувних підприємствах. Економічний ефект при впроваджені 
розробленої технології очищення становить 413,316 тис. грн./рік. 
- економічними розрахунками підтверджено, що вартість отриманої 
води буде становити 5,32 грн/м3, при ринковій вартості аналогів від 
10 грн/м3 до 75грн/м3. 
 
 
  
1 ВИБІР НАПРЯМКУ ДОСЛІДЖЕНЬ 
 
1.1 Літературний огляд відомих способів очищення підземних вод 
 
1.1.1 Характеристика об'єкту досліджень 
Шахтними називають підземні води, що проникають у вироблений при 
добуванні корисних копалин простір, який проходить крізь водозливне 
улаштування шахти. Найкисліші і сильно мінералізовані шахтні води 
утворюються на верхніх горизонтах і гірських виробках на території першої від 
поверхні гідрохімічної зони. Найкисліші шахтні води утворюються в 
антрацитових шахтах до глибини 250-300 м, при малих кутах падіння порід і 
вмісті у вугіллі загальної сірки більше 2,5%, при великій довжині виробок і 
значній площині виробленого простору. На більш глибоких горизонтах (300-
400 м) генеруються сульфатно-хлоридні, натрієві або натрієво-кальцієві води. 
На глибині більше 400 м утворюються хлоридно-сульфатні води.  
Таким чином, в шахтних водах з глибиною зменшується вміст SО 2-
4 , Са2+, 
Мg2+ і збільшується вміст К+, Nа+, Сl-, НСО -
3 . Але на одних і тих же глибинах 
шахтні води у порівнянні з підземними водами, містять велику кількість 
сульфатів кальцію і магнію. 
Оскільки скидання шахтних вод, які містять хімічні елементи в 
концентраціях, що перевищують гранично допустимі, являє потенційну 
небезпеку для навколишнього середовища, то в першу чергу, необхідним 
являється вивчення розподілення у водах хімічних елементів всіх класів 
небезпечності. Вихідними даними для дослідження послугували результати 
хімічного та спектрального напівкількісного аналізу шахтних вод які наведені в 
таблиці 1.1. 
 
 
 
Таблиця 1.1 – Значення показників хімічного складу шахтних вод на 
різних інтервалах глибин шахт  
 
Шахта Інтервали Мінерал K+Na, Ca, Mg, Cl, SO4, pH 
 глибин,  ізація,  мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л 
м г/л 
 
 300-500 2221 738 105 79 327 808 7.8 
№1 500-700 3461 1145 65 52 880 769 7.9 
700-900 4896 1760 71 38 1976 618 7.8 
900-1100 6138 1904 181 152 2716 1009 7.7 
 250-450 3056 861 78 85 378 1180 8.3 
№2 450-650 3309 1053 58 68 531 1071 8.7 
650-850 4719 1313 94 92 741 1879 8.2 
850-1050 4862 1719 42 53 1688 877 8.2 
 700-850 4300 1038 133 129 840 1827 7.8 
№3 850-1000 4419 1201 113 104 1342 1345 8.2 
1000-1150 5542 1827 81 86 1858 1253 7.9 
 1000-1100 4138 1076 117 145 935 1456 8 
№4 1100-1200 7586 2750 37 56 3495 673 8 
1200-1300 5648 1720 117 144 1931 1199 8 
 
 Якщо проаналізувати дану таблицю, то можна відмітити, що значення 
мінералізації мають тенденцію до збільшення з глибиною, максимальне 
значення приходиться на інтервал 1100-1200 м шахти №4 і дорівнює 7586 г/л. А 
мінімальне – для глибини 300-500 м на шахті №1 і дорівнює 2221 г/л. Інші 
показники змінюються по різному. 
 Стічні води ряду шахт містять деякі мікроелементи (мідь, нікель, титан, 
цинк, стронцій тощо) в концентраціях, що іноді перевищують допустимі.  
 У шахтних водах можуть бути присутні також марганець, залізо та інші 
інгредієнти, що специфічні складу залеглих порід. В ряді випадків шахтні води 
вугільних родовищ містять також інші забруднювачі: ароматичні вуглеводні, 
арсен, селен, сурму. В стічних водах деяких шахт міститься від 0,002 до 0,045 
мг/л фенолів, в окремих випадках концентрація досягає 0,7 мг/л, що 
утворюються в результаті пірогенного розкладання вугілля.  
 Окиснюванність вод знаходиться в межах від 2 до 50 мг/л. В шахтних 
водах може міститися 0,5-5 мг/л аміаку, 0,01-1,5 мг/л азотистої кислоти і 0,4-50 
мг/л азотної кислоти. 
При підземному способі розробки вугільних родовищ, в результаті 
порушення стійкості гірських порід, підземні води дренують у гірські виробки і 
вироблений простір очищувальних вибоїв. 
Водоприплив в шахти складає від десятків до тисяч кубометрів за 1 год. Ця 
величина залежить від: 
- геологічних; 
- гідрогеологічних; 
- кліматичних умов родовища; 
- гідрографічної сітки; 
- способу підготовки шахтних полів. 
Формування хімічного складу шахтних вод пов’язано з: 
- особливостями родовищ корисних копалин, що зумовлені гідрогеологією; 
- мінералогічним складом гірських порід; 
- умовами надходження підземних вод  в горизонти; 
- рельєфом місцевості; 
- біохімічними процесами в тілі родовища. 
Формування хімічного складу шахтних вод відбувається внаслідок 
контакту вод з породою і визначається: 
- тривалість перебування води в гірському масиві; 
- швидкості руху вод в контакті з породами. 
Класифікація стоків. 
Шахтні води по переважному аніону можна класифікувати на три класи: 
карбонатно-гідрокарбонатний, сульфатний, хлоридний. 
Кожен клас по катіону поділяється на три групи: кальцієву, магнієву, 
натрієву. 
В свою чергу кожна група по кількісному визначенню забруднювачів 
поділяється на чотири типа. 
1. Шахтні води містять від 3 г/дм3 і більше механічних домішок (вугілля і 
порожня порода, інертний пил, продукти розкладання деревини). Вони 
відрізняються значною мінералізацією (до 30 г/дм3 і більше) і суттєвою 
бактеріальною забрудненістю. Кислі шахтні води окрім низьких значень рН 
( порядку 2-4) характеризуються ще високим вмістом сполук заліза (до 2 г/дм3). 
2. Шахтні води, що витікають з виробленого простору і погашених 
гірських виробок, містять незначні кількості зважених речовин (не більше 10 
мг/дм3) і нафтопродуктів (до 0,1 мг/дм3), а тому могли б бути віднесені до 
категорії умовно чисті. Але високий солевміст не дозволяє так їх 
класифікувати. 
3. Шахтна вода зазвичай не має запаху (за винятком тих випадків, коли в 
ній присутній розчинений метан або сірководень), відрізняється 
різноманітністю забарвлення і сталістю температури в межах 6-25 °С, а також 
значною жорсткістю (до 38 мг-екв/дм3). Шахтним водам властива корозійна 
активність. Частіше зустрічаються води з сульфатною агресивністю, рідше – 
кислотною.  4. Шахтні води є джерелом для меліорації, технічного і 
господарсько-питного водопостачання підприємств гірської промисловості. 
Використання очищених шахтних вод для пилозаглушування, побутово-
питного і технічного водопостачання шахт і збагачувальних фабрик,  
зрошування сільськогосподарських угідь, розведення риби одночасно вирішує 
проблему запобігання забруднення водоймищ [3]. 
 
1.1.2 Шахтні води та охорона навколишнього природного середовища 
  
При підземній розробці вугільних родовищ умовно чисті води не 
вловлюють, відбувається їх змішування з забрудненим шахтними водами і 
каналізування цих водо потоків по гірським виробкам, що призводить до за 
шламування водостічних канав і водозбірників, підтоплювання гірських 
виробок, погіршуючи умови їх утримання, і призводячи до погіршення стану 
шахтного транспорту. Забруднюється літосфера, підземні водні горизонти. 
Шахтні води, що проникають у водоносні горизонти крізь зони 
техногенного зрушення гірських порід (при експлуатації шахт), провали над 
виходами вугільних шарів, відвали шахт – потенційні джерела забруднення 
підземних вод. Шахтні води чинять токсичний вплив на розвиток 
мікроводоростей, про свідчить зниження приросту біомаси [3]. 
Шахтні і кар’єрні води не відповідають правилам охорони поверхневих 
вод за чотирма критеріями: 
а)  висока мінералізація (більше 1 г/л – всі шахти, до 3 г/л – 60% шахт і 
більше 3 г/л – 40% шахт), через що у водоймища та ріки щорічно викидається 
близько 2 млн. т мінеральних солей; 
б) забрудненість зваженими речовинами   (90-100 мг/л), що викликає 
замулювання водних об’єктів; 
в) бактеріальна забрудненість. Шахтні води бактеріально забруднені колі-
титр від 11 до 0,004; 
г) підвищений вміст важких металів (їх вміст перевищує гранично 
допустимі концентрації від 1,5 до 15 разів). 
Об’єми шахтних вод, що скидаються у ріки і водоймища, порівнянні з 
об’ємами природного стоку малих рік і чинять величезний негативний вплив на 
їх водний баланс. 
В середньому для добування 1 т вугілля необхідно використовувати 2,01 
м3 води, повинно бути скинуто у водні об’єкти 4,22 м3 стічних вод (в тому числі 
забруднених 2,75 м3), в атмосферу буде викинуто шкідливих речовин до 3,1 кг, 
утворено твердих відходів 3,07 м3. Можна уявити масштаб шкоди 
навколишньому середовищу. 
В процесі консервації свердловин у будь-якому разі приходиться 
вирішувати проблему очищення шахтних вод. Незалежно від способу 
консервації проблема шахтних вод залишається через незмінність їх кількості, 
яка скидається, і виносу солей у водні об’єкти. Виникла необхідність очищення 
і використання шахтних вод на технологічні потреби вугільних виробництв. 
Такий підхід диктується дефіцитом питної води. 
Одним з перспективних напрямків використання шахтних вод є їх 
застосування для водопостачання котельних шахт, збагачувальних фабрик та 
інших виробництв. 
Так як шахтні води, як правило забруднені, по існуючим нормам їх 
неможна використовувати без попередньої водопідготовки. Вони повинні бути 
пом’якшені і знесолені. 
 
1.1.3 Існуючі методи очищення. 
До теперішнього часу більшість наукових і експериментальних робіт в 
сфері очищення шахтних вод були направлені на первинне очищення шахтних 
вод, їх освітлення, знезараження, демінералізацію і нейтралізацію. Очищення 
шахтних вод звичайно проводиться механічними, хімічними, фізичними, 
електрохімічними і біологічними методами. 
Механічні методи – це освітлення, фільтрування, виділення твердої фази 
під дією відцентрових сил, згущення осадів на центрифугах і вакуум-фільтрах. 
Вони використовуються при попередньому очищенні, і звільняють воду тільки 
від механічних домішок різної крупності (освітлюють її) [1]. 
Освітлення шахтних вод виконується механічними і хімічними методами у 
дві стадії: освітлення і фільтрування. Відстоюванню може передувати 
фільтрація або відділення грубозважених домішок на решітках для вилучення зі 
стічних вод крупних плаваючих забруднень і частково зважених домішок, щоб 
запобігти засмічення каналів і труб. Проціджування виконується крізь решітки і 
сита. Відстоювання шахтних вод – це метод очищення від зважених в ній 
часток різних речовин шляхом їх осадження під дією сили тяжіння. 
В шахтній воді, яка відкачується на поверхню, містяться занадто дрібні 
частки, аж до колоїдних. Швидкість осадження таких часток фактично 
дорівнює нулю, вони можуть довгий час знаходитися у воді. Таким чином, 
забезпечується лише грубе очищення шахтних вод. В шахтних водах кількість 
грубих зависей незначна і тому механічне відстоювання, а також фільтрація 
широко не застосовуються. Для прискорення процесу відстоювання та 
посилення його ефективності застосовують хімічні методи обробки води – 
вносять коагулянти і флокулянти, що мають заряд, протилежний заряду 
зважених часток. В результаті заряди останніх нейтралізуються, починають 
злипатися, утворювати більш важкі пластівці, які легко осаджуються, 
захоплюючи за собою частки, які ще не піддалися обробці коагулянтом. Як 
реагенти використовують сірчанокислий алюміній, сірчанокисле хлорне залізо, 
поліакриламід. Необхідно відзначити,  що флокуляція і коагуляція ефективно 
працює тільки при концентрації зависей більше 40 мг/л, тоді як в більшості 
випадків шахтні стоки не містять зависей у вказаному діапазоні концентрацій. 
Іноді для попереднього освітлення забрудненої шахтної води перед 
водозбірниками головного водовідливу влаштовують невеликі резервуари-
відстійники, що призначені для затримання найбільш крупних часток 
механічних домішок.  
При хімічних методах очищення води застосовують реагенти для зміни 
хімічного складу забруднювачів або форми їх знаходження в стоках 
(коагуляція, флокуляція, нейтралізація, знешкоджування (переведення 
отруйних домішок у нешкідливі), знезараження, у тому числі методом 
хлорування, озонування). 
Фізичні методи – вилучення і знешкодження шкідливих домішок шляхом 
зміни агрегатного стану води, впливу на стоки ультразвуком, 
ультрафіолетовими променями, екстрагентами. 
Біологічні методи призначені для очищення води, що містить забруднення 
біогенного органічного походження. В залежності від типу мікроорганізмів, які 
приймають участь в переробці забруднювачів стоків, ці методи можна поділити 
на два види: 
1 Аеробні біологічні методи очищення промислових стічних вод 
(мікроорганізмам при їх життєдіяльності необхідний кисень). 
2 Очищення стоків анаеробними мікроорганізмами (ті, що існують без 
кисню). 
Електрохімічні методи. Для цього використовують процеси анодного 
окиснення та катодного відновлення, електрокоагуляції, електроактивації та 
електродіалізу. Такі процеси протікають на електродах при пропусканні крізь 
стічну воду постійного електричного струму в електролізерах. В якості 
електродів при цьому використовують графіт або інші електролітично 
нерозчинні матеріали. 
Сучасний підхід до рішення проблеми охорони навколишнього 
природного середовища націлює на розробку безвідходних (маловідходних) 
технологій, в тому числі безстічних схем водопідготовки, утилізацію відходів, 
які утворилися. 
Реагентний метод – надійний. Але об’єми шахтних вод дуже великі. 
Пропонується використовувати доочищення стічних вод на іонітах. Іонний 
обмін – ефективний метод знесолення, але в ході регенерації іонітів 
з’являються ще більш мінералізовані регенераційні стоки. 
Зворотний осмос і електроосмос потенційно теж могли б бути використані 
для доочищення шахтних вод, але враховуючи високий дебет і обмеженість 
об’єму переробки, використання цих методів нереальне. 
Розглянемо різні технологічні схеми очищення шахтних вод. 
Технологічна схема, яка розроблена Донецьким науково-дослідним 
вугільним інститутом, передбачає очищення шахтної води високої мутності з 
метою її наступного використання для комплексного пилопридушення. 
Технологічна схема очищення шахтних вод, що розроблена Донецьким 
науково-дослідним вугільним інститутом надана на рис. 1.1. 
 
 
1 – пісколовка; 2 – регулююча ємкість; 3 – дозувальний бак; 4 – камера 
утворення пластівців; 5 – похилий відстійник; 6 – збірний резервуар; 7 – насос 
для подачі води на фільтр; 8 – фільтр; 9 – бактерицидна установка; 10 – 
резервуар чистої води; 11 – насос; 12 – муловий резервуар; 13 – насос; 14 – 
центрифуга; 15 – розчиновий бак; 16 – витратний бак; 17 – повітродувка.  
 
Рисунок 1.1 – Технологічна схема очищення шахтних вод, що розроблена 
Донецьким науково-дослідним вугільним інститутом. 
 
До складу очищувальної установки входять: пісколовки; муловий 
резервуар, куди після пісколовки відводяться грубодисперсні домішки; 
регулююча ємкість для рівномірного живлення   очищувальної установки при 
періодичній роботі насосів головного водовідливу; камери утворення 
пластівців, які обладнанні електролізерами і з’єднані з тонкошаровими 
похилими відстійниками; збірний резервуар, звідки вода потрапляє на фільтр. 
Очищена вода знезаражується, поступає в резервуар чистої води і 
направляється до споживачів. Промивні води і шлами подаються насосами на 
центрифугу. Фугат центрифуги повертається в процес, а згущений продукт 
направляється на вагонетках у відвал. 
На вугільних шахтах застосовуються різні способи очищення шахтних вод 
у підземних умовах [15]. Технологічна схема підземного очищення шахтної 
води «Дон-3» показана на рисунку 1.2. 
 
1 – ділянкові водозбірники; 2 – вироблений простір; 3 – стічна канавка; 4 - 
відстійник головного водовідливу; 5 – гідроелеватор; 6 – перегородка; 7 - 
водозбірник; 8 – поплавковий клапан; 9 – водозабірні колодязі; 10 – насоси 
головного водовідливу; 11 – напірні фільтри; 12 – хлораторна; 13 – дозуюча 
ємкість; 14 – гідроелеватор; 15 – склад піску. 
 
Рисунок 1.2 – Технологічна схема підземного очищення шахтної води 
«Дон-3». 
З ділянкових водозбірників 1 вода, яка частково відстоялася, насосами 
подається на горизонт, який розташований вище корінного відкаточного 
штреку, і скидається у вироблений простір 2. В останньому вода фільтрується 
крізь обвалені породи і збирається у стічну канавку 3 корінного штреку, по якій 
поступає у відстійник головного водовідливу 4, щ0о регулярно очищується від 
шламу, який осів, гідроелеватором 5. Із відстійника вода крізь перегородку 6 
поступає у водозбірник 7, тут відбувається її додаткове освітлення. Освітлена 
вода через поплавковий клапан 8 направляється у водозбірні колодязі 9 насосів 
головного водовідливу 10. Вода, яка відкачується з шахти насосами, подається 
на сім напірних фільтрів 11, які встановлені на поверхні. Діаметр фільтру 3,2 м 
номінальна продуктивність 90 м3/год, фільтруючий матеріал – пісок. Очищена 
від механічних домішок вода поступає в хлораторну 12 і далі на скидання. 
Пісок подається зі складу 15 в дозуючу ємкість 13 гідроелеватором 14 і 
завантажується у фільтри.  
 
1.2 Перспективи удосконалення існуючих технологій 
 
Відомий пристрій електроплазмового очищення та знесолення води, який 
складається з ємності, заповненої водою, багатоелементного електродного 
блока, в який входять ножеподібні або голкоподібні електроди, розташовані 
над поверхнею води, який відрізняється тим, що кожен з ножеподібних 
електродів або кожен ряд голкоподібних електродів знаходяться в окремих 
камерах, утворених діелектричними виступами в електродному блоці, що 
частково занурені у воду, і на які розділений повітряний проміжок між 
електродами і водою та частково поверхневі шари води, та сусідні ножеподібні 
електроди, або ряди голкоподібних електродів, мають різну полярність [40]. 
Пропонується електродіаліз ний апарат, що містить електродні камери з 
електродами, між якими розміщені робочі канали, утворені іонообмінними 
мембранами, ізольованими одна від одної сепараторами-турбулізаторами, який 
відрізняється тим, що в робочі канали введені вторинні електроди з 
комірчастою структурою, які розміщені між листами дволистових сепараторів-
турбулізаторів і підключені до джерела живлення [43]. 
Відомий спосіб окиснення заліза у воді перед підготовкою води до 
електродіалізу, який включає додавання окиснювача до вихідної води та 
перемішування суміші, який відрізняється тим, що в якості окиснювача 
використовують відхідний розчин промивання електродних камер 
електродіалізу, який містить розчинений гіпохлориду натрію в концентрації 5-
80 мг/л активного хлору та озон в концентрації 0,5-3 мг/л [44]. 
Пропонується спосіб одержання деіонізованої води, який включає обробку 
води в електродіалізаторі, який містить в собі катіоно- та аніонообмінні 
мембрани, що чергуються між собою, утворюючи, таким чином, камери 
концентрування та знесолювання з розміщеним в останніх змішаним шаром 
катіоно- та аніонообмінних смол, який відрізняється тим, що обробка вихідної 
води здійснюється при співвідношенні швидкостей потоків води в камерах 
знесолювання та в камерах концентрування, рівним 1:(2÷6), відповідно [45]. 
Розглядається електродіалізатор, що містить електроди, між якими 
поміщені рамки, катіонітові, аніонітові мембрани, що утворюють камери 
знесолення та концентрування з розміщеними в них фіксаторами відстані, 
виконаними у вигляді тонких струн із неелектропровідного матеріалу і 
розташованими паралельно одна одній у кожній камері, проекції струн у будь-
якій з двох сусідніх камер перпендикулярні одна одній, який відрізняється тим, 
на поверхні розділових мембран із боку, покритого іонітом, поміщено шар 
поліелектроліту. 
Пропонуються спеціальні електроактивовані шаблонні вироби, які добре 
адаптовані в якості катодних елементів та композиційних матеріалів, особливо 
для електролізу повареної солі. Вироби складаються з волокнистого матеріалу, 
який насаджено в матрицю фото полімеру, в якому більша частина волокон 
електропровідна [47]. 
Розглядається пристрій для електроактивації рідини, яка має значення рН 
6-8, з двома електродами, які занурені у розчин та тонкою мембраною, яка 
володіє дуже малою електропровідністю. Мембрана розташована посередині 
пристрою та розділяє об’єм рідини на дві рівні частини. Процес проводиться 
протягом 3 – 20 хв., при напрузі 50 – 500 В. Після завершення процесу 
електроактивації рН розчину майже не змінюється, але дуже різко змінюються 
біологічні показники розчину [48]. 
Розглядається іонізатор газів чи рідин, який складається з корпусу, в 
середині якого центральна камера та зовнішня. Джерело електронів 
знаходиться в камері іонізатору. Кільцевий колектор електронів розташований 
всередині камери переповнення [49]. 
 
1.3 Фізико-хімічні основи процесів електроактивації та електродіалізу 
 
 Чиста вода погано проводить електричний струм , але все ж таки має 
властивості електропровідності, яка  пояснюється невеликою дисоціаціє води 
на іони водню і гідроксид – іони: 
 
                                                Н 2О Н  ОН                                                  (1.1) 
 
 За величиною електропровідності чистої води можна обчислити 
концентрацію іонів водню та гідроксид – іонів у воді. При 250С вона дорівнює 
10-7 моль/л.  
 Рівняння константи дисоціації води має такий вигляд: 
 
H    OH  
                                                   K      ,                                             (1.2) 
H2O
де К – константа дисоціації води; 
    [Н+] – концентрація іонів водню, моль/л; 
   [ОН-] – концентрація гідроксид – іонів, моль/л; 
   [Н2О] – концентрація води, моль/л. 
 Або: 
 
                                          
H   OH   H2OK                                                  (1.3) 
 Оскільки ступінь дисоціації води дуже мала, то концентрація 
недисоційованих молекул Н2О в воді практично рівна загальній концентрації 
води, тобто 55 моль/л. В розбавлених водних розчинах  концентрацію води 
можна рахувати такою самою. Тому, замінивши в рівнянні (1.3) похідну 
H2OK   константою КН2О , будемо мати: 
 
                                                    H    OH 
     KH O ,                                          (1.4) 
2
 
 Отримане рівняння показує, що для води і розбавлених водних розчинів 
при незмінній температурі похідна концентрації іонів водню і гідроксид – іонів 
є величина постійна. Ця величина називається іонною похідною води.  
 Числове значення цієї величини можна отримати підставивши в рівняння 
(1.4) концентрації іонів водню і гідроксид - іонів. В чистій воді при 250С 
H  
   OH  1107 моль/л. Тому для вказаної температури: 
 
                                                  K 107
H O 107 1014                                          (1.5) 
2
 
 Розчини, в яких концентрації іонів водню і гідроксид - іонів однакові, 
називають нейтральними розчинами.  
 В кислих розчинах більша концентрація іонів водню, в лужних - 
концентрація гідроксид - іонів. При цьому концентрація іонів водню і іонів 
гідроксид - іонів залишається постійною. 
 Якщо, наприклад, до чистої води додати стільки кислоти, щоб 
концентрація іонів водню підвищилась до 10-3 моль/л, то концентрація 
гідроксид - іонів знизиться так, що константа H    OH 
    залишиться рівною 
10-14. Отже, в цьому розчині концентрація гідроксид - іонів буде: 
 
1014
                                           OH    1011
  моль/л.                                       (1.6) 
103
 
 І навпаки, якщо додати до води луг і тим самим підвищити концентрацію 
гідроксид – іонів, наприклад, до 10 -5 моль/л, то концентрація іонів водню буде 
становити: 
 
1014
                                                 H
   109
 моль/л                                     (1.7) 
105
 
 Ці приклади показують, що якщо концентрація іонів водню в водному 
розчині відома, то можна визначити концентрацію і гідроксид - іонів. Тому 
ступінь кислотності і ступінь лужності розчину можна охарактеризувати 
концентрацією іонів водню: 
 нейтральний розчин          H    = 10-7
   моль/л; 
 кислий розчин                     
H   > 10 -7 моль/л; 
 лужний розчин                    H    < 10-7
   моль/л. 
Кислотність або лужність розчину можна виразити іншим, більш простим 
способом: замість концентрації іонів водню вказують її десятковий 
логарифм, який взято з протилежним знаком. Остання величина називається 
водневим показником і позначається через рН: 
 
                                                   pH   lg[H  ]                                                 (1.8) 
 
 В нейтральному розчині рН = 7. В кислих розчинах рН < 7 і тим менше 
чим кисліший розчин. І навпаки, в лужних розчинах рН > 7 і тим більша, чим 
більша лужність розчину. 
 Електрохімічна активація води, це короткочасний її стан, коли катодні й 
анодні процеси електролізу не встигли нейтралізуватися в об'ємі електроліту. 
На катоді при цьому спостерігається градієнт концентрації 
гідроксильних іонів, що виникає під впливом розряду:  
 
                             2H2O  2e  2OH   H2                                            (1.9) 
 
 Надлишок іонів гідроксиду за рахунок високої їх дифузійної здатності 
може бути нейтралізований біля поверхні анода: 
 
                      4OH   4e  2H2O O2                                             (1.10) 
                         OH   H   H2O                                              (1.11) 
 
 Поділ католіту й аноліту приводить до затиснення останнього: 
 
                                 2H2O  4e  2H   2O2                                       (1.12) 
 
 Так можна в загальному трактувати процес електрохімічної активації води. 
Набагато складніший хімізм процесів, які протікають при електрохімічній активації 
розчинів. Води природних джерел мають ряд найбільш розповсюджених катіонів й 
аніонів: Са2+, Mg2+, Na+, К+, А13+, СІ-,SO 2- НСО -, N0 -
4 3 3  тощо. 
 Під впливом вільних гідроксильних іонів можливо протікання декількох 
конкуруючих з реакціій: 
 
                                  Ca2  2OH  Ca(OH )2                                       (1.13) 
                               2Ca2  2OH   SO 2
4 Ca(OH )2 SO4                                (1.14) 
                              OH   HCO 
3 CO 2
3  H2O                                       (1.15) 
                           Ca2 CO 2
3 CaCO3                                            (1.16) 
                            Mg 2  2OH   Mg(OH )2                                        (1.17)               
                               Fe3 3OH   Fe(OH )3                                          (1.18)   
 Присутність іона приводить до утворення ряду іонів типу по наступному 
механізму електродних реакцій біля анода: 
 
                                            2Cl  2e  H2O  2ClO  2H                                 (1.19)  
                               6Cl  6OH  6e  2ClO 
3  4Cl 3H2O                                 (1.20) 
 
Реакція (1.14) може бути здійснена при рості дифузійних процесів і 
міграції іонів з катодного простору. 
 Падіння вмісту органічних сполук пов'язують із співосадженням на 
колоїдних частках у катодній області й частковому окисненні розчинених 
органічних речовин в анода.  
 рН та Еh – найважливіші показники властивостей природних і стічних 
вод. Ці величини дозволяють оцінити окисно - відновний режим води у 
водоймищах, забруднення її продуктами розпаду органічних сполук, стоками 
промислових підприємств, станами рідкої і твердої фаз на очисних спорудах.  
 При підвищені значення рН для природних вод характерний великий 
вміст карбонатів.  
 Величини рН та Еh впливають на різні фізико - хімічні та біохімічні 
процеси, які відбуваються при видаленні з води складових, що забруднюють її. 
Так в процесі окиснення, відновлення, дисоціації або 
комплексоутворення регулюванням рН та Еh можна змінити потенціал, 
напрямок та швидкість хімічних реакцій, окисно - відновну активність 
речовини  в розчині, міцність комплексних сполук, при біохімічній очистці 
води - гальмувати чи прискорювати життєдіяльність бактерій, змінювати 
каталітичну активність ферментів мікробної клітини. 
Електрохімічна активація технічно реалізується шляхом електрохімічного 
впливу на водний розчин в зоні поляризованого електроду електрохімічної 
системи, наприклад, діафрагмового електролізеру. Однак, на відміну від 
електролізу та електродіалізу, електрохімічна активація не являється 
завершеним хімічним процесом і призначена для регулювання реакційної 
здатності фізико-хімічних властивостей рідин в різних технологічних процесах 
з метою їх оптимізації і підвищення ефективності. 
В процесі експериментальних досліджень були виявлені наступні фізико-
хімічні особливості стану електроактивованого рідкого середовища: 
 Після припинення активуючого впливу речовина зазвичай деякий час 
перебуває в метастабільному стані, який характеризується аномальними 
значеннями фізико-хімічних параметрів. 
 Метастабільний стан активованої речовини може зберігатися невизначено 
довгий час при відсутності енергообміну з навколишнім середовищем. 
 При хімічних реакціях за участю електроактивованої речовини 
відбуваються необоротні фізико-хімічні зміни. 
 Електроактивоване рідке середовище в хімічних реакціях в деяких 
випадках змінює не тільки їх швидкість, але і напрямок. 
 Електроактивоване середовище, яке знаходиться в метастабільному стані, 
являється нерівноважною системою і при взаємодії з навколишнім 
середовищем або об’єктом впливу зберігає свої аномальні властивості протягом 
періоду повільної стадії електрохімічної релаксації, проходячи ряд 
псевдостійких станів на шляху до досягнення стану стійкої термодинамічної 
рівноваги. 
Збуджений, метастабільний стан розчину після електрохімічного впливу 
називається активованим. 
На даний час встановлені загальні закономірності зміни фізико-хімічних 
властивостей водних розчинів електролітів в результаті уніполярного 
електрохімічного впливу електрохімічної активації. Показано, що за інших 
рівних умов електрохімічного впливу (кількість електричного струму, 
температури, тиску) зміна фізико-хімічних параметрів рідини (аноліту, 
католіту) тим більша, чим більші поляризаційні втрати на відповідному 
електроді електрохімічної системи. 
Дослідження використання метастабільних систем, які отримані в 
результаті уніполярного електрохімічного впливу, в різних технологічних 
процесах дозволили встановити, що ефективність застосування визначається, в 
основному, двома факторами: зміною хімічного складу рідин в результаті 
рівноважних електрохімічних реакцій на електроді і каталітичною дією на 
проходження реакцій фізичних і хімічних збуджень, які утворюються в 
результаті витрат енергії на подолання поляризаційних опорів. 
Іноді термін «електроактивація» замінюють на термін «уніполярна» 
електрохімічна обробка, оскільки в процесах електрохімічної активації обробку 
рідини ведуть, як правило, тільки в зоні одного, основного електроду, в той час 
як в зоні електроду протилежної полярності (допоміжного) підтримують 
мінімально можливу витрату (0,1 – 1% від  витрат в зоні основного електроду) 
рідини, яка активується, або заповнюють її спеціальним буферним розчином, 
який нейтралізує продукти електрохімічних реакцій у допоміжного електроду 
(допоміжним електролітом). Наприклад, при обробці води в зоні від’ємного 
електроактиватору зону додатного електроду заповнюють водним розчином 
каустичної соди, карбонату або бікарбонату натрію. При обробці води в зоні 
основного додатного електроду в зону допоміжного електроду подають водний 
розчин повареної солі. Для запобігання перетоку рідин з однієї зони в іншу 
використовують ультрафільтраційну діафрагму, яка розділяє анодну та катодну 
зони, та виконана з різних конструкцій. 
Ефективність електрохімічних методів оцінюється декількома чинниками: 
густиною струму, напругою, коефіцієнтом корисного використовування 
напруги, виходом по струму, виходом по енергії. Густина струму - це 
2
відношення струму до поверхні електроду, яке звичайно виражають в А / м  
( А / см2 , А /дм2 ). Напруга електролізера складається з різниці електродних 
потенціалів і падіння напруги в розчині: 
 
U  la  lk  la  lk  U ел.  U диаф. ,                               (1.21) 
         де la  и lk  - величина анодної і катодної поляризації;  
         1а и 1k - рівноважні потенціали анода і катода;  
        Uел.  и Uдиаф.  - падіння напруги в електроліті і діафрагмі. 
Падіння напруги в електроліті (стічній воді) за відсутності пухирців газу 
визначають за законом Ома: 
 
Uел.  i ,                                                (1.22) 
 
        де i  - густина струму в стічній воді, А / см2 ;  
          - питомий опір, Ом • см;  
         - відстань між електродами, см. 
При виділенні газових пухирців, унаслідок подовження потоку між 
електродами Ue  зростає. Відношення: 
 
напр.  la  lk  U                                               (1.23) 
 
        називають коефіцієнтом корисного використання напруги. 
Вихід потоку - це відношення теоретично необхідної кількості електрики 
(знаходять за законом Фарадея) до практично витраченого, яке виражають в 
частках одиниці або у відсотках. 
В електролізері, схема якого показана на рисунку 1.3, на позитивному 
електроді - аноді іони віддають електрони, тобто протікає реакція 
електрохімічного окислення; на негативному електроді - катоді відбувається 
приєднання електронів, тобто протікає реакція відновлення. 
Як анод використовують різні електролітично нерозчинні матеріали: 
графіт, магнетит, діоксиди свинцю, марганцю і рутенію, які наносять на 
титанову основу. Катоди виготовляють з молібдену, сплаву вольфраму із 
залізом або нікелем, з графіту, нержавіючої сталі і інших металів, покритих 
молібденом, вольфрамом або їх сплавами. Процес проводять електролізерах з 
діафрагмою і без неї. Окрім основних процесів електроокислення і відновлення, 
одночасно можуть протікати електрофлотація, електрофорез і 
електрокоагуляція. 
 
 
 
  1 – корпус;      3 – катод; 2 – анод; 4 – діафрагма. 
   Рисунок 1.3 – Схема електролізера. 
 
Електроактивоване рідке середовище володіє наступними аномальними 
фізико-хімічними властивостями: 
- підвищеною розчинною здатністю; 
- дозволяє регулювати величину поверхневого натягу як в бік збільшення, 
так і в бік зменшення, особливо при взаємодії з іншою рідкою фазою; 
- дозволяє регулювати в широких межах адсорбційно-хімічну активність 
поверхні твердих часток, які знаходяться в електроактивованому рідкому 
середовищі; 
- володіє каталітичною здатністю; 
- дозволяє нейтралізувати корозійно-агресивні властивості рідких систем; 
- посилює властивості речовин, які розчиненні в електроактивованому 
рідкому середовищі; 
- володіє підвищеною екстракційною здатністю; 
- володіє біологічною активністю, в тому числі бактерицидними 
властивостями та властивостями стимулятору метаболічних процесів. 
 
Електродіаліз – це направлене переміщення іонів через розміщену в 
розчині електроліту іоноселективну мембрану під дією електричного поля. В 
його основі лежать процеси, які кількісно описуються законами електрохімії, 
гідродинаміки і масообміну.  
В електричному полі постійного струму катіони в розчині переміщуються 
в напрямку негативно зарядженого катоду, а аніони в протилежному напрямку, 
до позитивно зарядженого аноду. 
Електролітичне переміщення іонів через мембрани супроводжується 
процесами діалізу, осмосу і електроосмосу, які знижують ефективність 
електродіалізу по причинах, які полягають в самій суті цих процесів. 
Діаліз – це дифузійний процес переміщення розчиненої речовини через 
мембрану за рахунок різниці активності розчинених речовин по обидві сторони 
мембрани. Активність розчинених речовин в камерах концентрування вище, 
ніж в камерах де іонізації, тому потік розчинених речовин через мембрани 
направлений протилежно потоку мігруючих іонів. Це знижує масоперенесення і 
ефективність електродіалізу. 
На рисунку 1.4 зображена схема руху іонів крізь поверхні мембран при 
електродіалізному процесі. 
 
 
СМ – катіонітові мембрани; АМ – аніонітові мембрани;  
D – камера ділю ату; К – камера концентрату;  
е1, е2 – електродні камери. 
 
  Рисунок 1.4 – Схема руху іонів крізь поверхні мембран при  
                                    електродіалізному процесі 
 
В електродіалізному процесі велике значення мають ефективність і якість 
мембран, які використовують. Ефективність використання мембран знижується  
концентраційною поляризацією, яка супроводжується утворенням осадів в 
діалізних камерах, а також отруєнням мембран. Інтенсивність переміщення 
іонів через мембрани визначається величиною густини струму і знаходиться у 
прямій залежності від неї. Але здатність збільшення густини струму обмежена 
граничними значеннями, при яких при відмінності чисел переміщення в 
мембранах і розчині на межі розділу фаз, виникає явище концентраційної 
поляризації. 
Вона призводить до зниження концентрації в прилеглому до мембрани 
шарі розчину, що підлягає діалізу, знижує коефіцієнт виходу за струмом, через 
небажане переміщення крізь мембрани іонів водню та гідроксиду, сприяє 
випадінню на поверхні мембрани осадів, наприклад, у вигляді важкорозчинних 
гідроксидів і карбонатів. 
Направлене переміщення відбувається під дією електричного поля 
постійного струму, накладання якого на мембранну систему здійснюється 
подаванням напруги на електроди. 
Постійний струм, який подається на діалізну систему обчислюється по 
формулі: 
 
                                                 I  2,5/C C /Q,                                          (1.24) 
1 2
 
де I – сила струму, А; 
            С1 – концентрація солей у вихідній воді, мг/см3; 
            С2 – концентрація солей в де мінералізованій воді, мг/см3; 
            Q – продуктивність діалізатору по де мінералізованій воді, мг/см3. 
Постійний електричний струм встановлюється через 10-15 хвилин. Під час 
електродіалізу на електродах при промиванні електродів камери водяним 
розчином відбуваються електрохімічні реакції з виділенням газоподібних 
продуктів: 
 
на катоді                        Н 2О  е 1/ 2Н 2  ОН ,                                        (1.25) 
                                       Н 2  е 1/ 2Н 2  ,                                                   (1.26) 
                                       Men  ne  Me0 ;                                                       (1.27) 
на аноді                         Н 
2О  2е 1/ 2О2  2Н ,                                       (1.28) 
                                       2ОН   2е 1/ 2О2  Н 2О,                                     (1.29) 
                                         С1  е 1/ 2С12                                                     (1.30) 
 
Мінімальна необхідна кількість енергії W для знесолення одиниці об’єму 
рідини може бути визначена за формулою: 
 
 ln( CO / C Д ) ln( C / C ) 
                         W  2RT (CO C Д )  O K  ,                 (1.31) 

1 ln( C 
O / C Д ) 1 ln( CO / CK ) 
 
де СО, СД, СК – відповідно концентрації розчину, який поступає на знесолення,  
     діалізату та концентрату. 
  
2 МЕТОДИ ТА МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ 
 
2.1 Опис методик дослідження хімічного складу шахтних вод. 
 
Визначення твердості води. 
Метод заснований на титруванні води динатрієвою сіллю 
етилендіамінтетраоцтової  кислоти (трилон Б) в присутності кислотного 
індикатору хромтемносинього. 
Розчинні в воді солі твердості (Са, Мg) при рН = 10 утворюють з Трилоном 
Б міцні безбарвні комплексні сполуки. Кінцева точка титрування відповідає 
зникненню в розчині вільних іонів Са2+ та  Мg2+ і при цьому червоний колір 
переходить в синій. 
Необхідні реактиви: 
Титрований розчин Трилону Б 0,05Н; 
Аміачно-буферний розчин рН = 10; 
Індикатор еріохром чорний Т. 
Хід визначення. 
В конічну колбу місткістю 250 мл відбирають 50 мл води, взятої для 
аналізу. Потім додають 5 мл аміачно-буферного розчину (рН = 10) і 10-15 
крапель індикатору, після чого повільно титрують при інтенсивному 
перемішуванні 0,05Н розчином трилону Б до переходу забарвлення з винно-
червоного в синій. 
Твердість води виражається в мг екв/л іонів Са2+ і Мg2+ в 1 л води. 
Твердість води, взятої для аналізу визначають за формулою: 
 
А 0,05 1000
                                                 Т  ,                                              (2.1) 
V
 
де А – об’єм розчину трилону Б, який використали на титрування, мл; 
     0,05 – нормальність трилону Б; 
     V – об’єм проби води, взятої для аналізу, мл. 
Визначення хлоридів. 
Визначення засноване на утворенні важко розчинного осаду хлориду 
срібла при додаванні розчину нітрату срібла до води, яку аналізують. Після 
повного осадження хлоридів надлишок іонів срібла реагує з індикатором 
хроматом калію з утворенням осаду хромату срібла червоно-помаранчевого 
кольору. Тестування проводять у нейтральному або слабо лужному середовищі 
(рН 7-10), оскільки в кислому середовищі хромат срібла не утворюється. 
 
Необхідні реактиви: 
Вода дистильована; 
Хромат калію; 
Нітрат срібла. 
Необхідне обладнання: 
Воронка лабораторна; 
Бюретка місткістю 25 см3; 
Піпетка з однією відміткою місткістю 5 см3; 
Піпетка градуйована місткістю 1 см3 – 2шт.; 
Колби конічні місткістю 250 см3 – 2 шт. 
 
Для приготування розчину хромату калію 50 г K2CrO4 (10%) зважують на 
технічних терезах, потім розчинюють у 150 см3 дистильованої води, додають 
для видалення хлоридів 10%-ний розчин AgNO3 до появи слабкого червоно-
помаранчевого осаду, відстоюють добу протягом доби. Потім фільтрують крізь 
фільтр «біла стрічка». До фільтрованого розчину додають 300 см3 
дистильованої води і перемішують. Зберігають у склянці з темного скла 3 
місяці. 
  
Хід визначення. 
В конічну колбу місткістю 250 см3 поміщають піпеткою 5 см3 проби, 
додають 90 см3 дистильованої води і 1 см3 хромату калію. Ретельно 
перемішують і титрують розчином нітрату срібла з концентрацією еквіваленту 
0,05 моль/дм3 до появи червоно-помаранчевого осаду. Одночасно проводять 
холосте визначення, використовують для титрування 100 см3 дистильованої 
води. 
Вміст хлоридів у воді визначають за наступною формулою: 
 
35,45(V V ) C 100
                                          С  xo ,                                      (2.2) 
К
V1
 
де СК – масова концентрація хлоридів у воді, мг/дм3; 
     V – об’єм розчину нітрату срібла, який використали на тестування про- 
     би, яку аналізують, см3; 
     Vхол. – об’єм розчину нітрату срібла, який використали на тестування  
     холостої проби, см3; 
     С – концентрація розчину нітрату срібла, моль/дм3 еквіваленту; 
     V1 – об’єм проби води, яку взяли для аналізу, см3. 
 
Визначення сульфатів. 
Побудова калібрувального графіку. 
Для побудови калібрувального графіку необхідно приготувати 
стандартний розчин з вмістом SО 2-
4  з концентрованої Н2SО4: 
ρ20°СН2SО4 = 1,828 г/см3 звідси СН2SО4 = 93% 
Беруть 0,24 см3 Н2SО4 конц., де 0,24·1,828 = 0,4387 г (Н2SО4). Поміщають в 
мірну колбу місткістю 500 мл і доводять об’єм до мітки дистильованою водою. 
Концентрація стандартного розчину: 0,4387/0,5·1000 = 8,4·10-4 г/см3. 
В мірні колби місткістю 100 см3 відбирають аліквоти стандартного 
розчину: 25 см3; 35 см3; 50 см3. Після цього в кожну колбу додають 3 см3 НС1 
(15%), 3 см3 ВаС12, 3 см3 крохмалю. Після додавання кожного реактиву вміст 
колб перемішують, доводять до мітки водою, знову перемішують та залишають 
на 15 хв. Потім заміряють оптичну густину на КФК-2 з довжиною хвилі λ = 490 
нм, кювета l = 50 мм. За отриманими даними будуємо калібрувальний графік: 
по осі ординат – оптична густина, по осі абсцис – концентрація SО 2- 3
4 , г/см . 
Концентрація SО 2-
4  в першій пробі: 8,4·10-4 · 25 = 0,021 г; в другій пробі: 8,4·10-
4 · 35 = 0,0294 г; в третій пробі: 8,4·10-4 · 50 = 0,042 г. 
Необхідні реактиви: 
Кислота соляна 15%-ний розчин; 
Розчин барію хлориду 10%-ний; 
Розчин крохмалю; 
Вода дистильована; 
Кислота сірчана концентрована. 
 
Хід визначення. 
В мірні колби місткістю 100 см3 відбирають 50 см3 води, яку аналізують. 
Додають 3 см3 НС1 (15%), 3 см3 ВаС12, 3 см3 крохмалю. Після додавання 
кожного реактиву вміст колб перемішують, доводять до мітки водою, знову 
перемішують та залишають на 15 хвилин в темному місці. В залежності від 
концентрації сульфат-іонів, відбирають 1 см3 проби, поміщають в мірну колбу 
місткістю 100 см3, додають реактиви, після чого доводять до мітки 
дистильованою водою. Потім заміряють оптичну густину на КФК-2 з 
довжиною хвилі λ = 490 нм, кювета l = 50 мм. За калібрувальним графіком 
визначають концентрацію сульфат-іонів у воді, яку аналізують. 
Калібрувальний графік для визначення концентрації сульфат-іонів надано 
на рисунку 2.1. 
 
 
 
Рисунок 2.1 – Калібрувальний графік для визначення концентрації 
сульфат-іонів 
 
Визначення кількості сухого залишку. 
Завислі речовини визначають фільтруванням, випарюванням на водяній 
бані та висушуванням осаду при температурі 180°С до постійної маси з 
наступним зважуванням. 
Хід визначення. 
В колбу місткістю 250-300 см3 профільтровують крізь паперовий фільтр 
200-250 см3 води, яку аналізують. Відфільтровану воду поміщають в прокалену, 
охолоджену і попередньо зважену порцелянову чашку. Воду випарюють на 
водяній бані досуха. Потім переносять чашку з сухим залишком в сушильну 
шафу і висушують при температурі 180°С до постійної маси. 
Вміст сухого залишку (х) в мг/л визначають по формулі: 
 
(А В) 1000
                                                Х  ,                                              
у
(2.6) 
 
де А – маса чашки з сухим залишком, мг; 
     В – маса порожньої чашки, мг; 
     у – об’єм проби, взятої для аналізу. 
 
 2.2 Опис лабораторних установок. 
 
Схема лабораторної установки для де мінералізації шахтної води методом 
хімічної електроактивації представлена на рисунку 2.2. Складається з корпусу 
1, який являється катодом і виконаний зі сталі Х18Н10Т; електродів 2, 3, які є 
анодами і виконані із заліза; брезентових мішків 4, 5, в які занурені електроди; 
ємкості для аноліту 6; кранів для відбору аноліту після електроактиваторної 
установки 7, 8, 9, 10; випрямлювача 11 для підтримання постійного струму; 
патрубків для відбору аноліту 12, 13, 14, 15. 
 
 
 
1 – корпус електроактиватору (катод); 2, 3 – електроди (аноди); 4,5 – 
брезентові мішки для електродів; 6 – ємкість для аноліту; 7, 8, 9, 10 – крани для 
відбору аноліту; 11 – випрямлювач; 12, 13, 14, 15 – патрубки для відбору. 
 
Рисунок  2.2 – Схема лабораторної установки для де мінералізації шахтної 
води методом хімічної електроактивації.  
Послідовність виконання роботи. 
Для очищення методом електроактивації пробу попередньо очистили від 
завислих речовин методом фільтрування. Відфільтровану шахтну воду 
помістили в реактор-електроактиватор. 
Випрямлювач 11 працює від мережі змінного струму напругою 220 В. На 
панелі є амперметр, вольтметр, регулятор для керування електричними 
параметрами, які подаються на електроди електроактиватору.  
В процесі хімічної електроактивації в корпусі установки утворюється 
католіт (лужна вода), в просторі між анодом і напівпроникної мембраною 
утворюється аноліт (кисла вода). Аноліт відбирається через патрубки 12, 13, 14, 
15 в ємкість 6. Відбирання аноліту регулюється кранами 7, 8, 9, 10. Католіт 
зливається в окрему ємкість. 
Монтаж апарату необхідно розпочинати з горизонтально установленого 
корпусу електроактиватору. В корпус апарату вставляються електроди, які 
занурені у брезентові мішки. Перед початком монтажу корпус та електроди 
ретельно промивається дистильованою водою та вихідним розчином. Корпус 
апарату приєднується до катоду, електроди - до аноду. 
Переконавшись у правильності монтажу установки, подаємо напругу на 
апарат U = 12 В. Установлюємо струм І = 6 А. 
Через кожні 5 хвилин заміряємо рН середовища в катодному та анодному 
просторі універсальним індикаторним папером до значень рН: в катодному 
просторі – 12, в анодному – 2. Електричний струм приймається робочим і 
підтримується на протязі всього досліду. 
Вода, яка подається на очищення попередньо аналізується на вміст солей. 
Аналогічним дослідженням піддається знесолена (демінералізована) вода. 
Потім шахтна вода подається на другу ступінь очищення в електродіалізну 
установку. 
Схема лабораторної установки для демінералізації шахтної води методом 
електродіалізу (рисунок 2.3) складається з електродіалізного апарату 1, двох 
ємкостей для вихідної шахтної води 2, ємкостей з Nа2SО4 для промивання 
електродних камер 3, ємкості для приймання Nа2SО4 після електродіалізного 
апарату 6, ємкості для демінералізованої води 5, ємкості для концентрованої 
води 4, кранів для відбору проб до електродіалізного апарату 7, 8, 9 і після 
електродіалізного апарату 10, 11, 12. В схему входить компресор 14 для 
перекачування рідини, два випрямлювала 15 для підтримання постійного 
струму. 
 
1 – електродіалізний апарат; 2 – ємкості для вихідної шахтної води; 3 – 
ємкості для Nа2SО4; 5 – ємкість для де мінералізованої води; 6 – ємкість для 
перетискування Nа2SО4 (відпрацьованої); 7, 8, 9 – крани для відбору проб до 
електродіалізного апарату; 10, 11, 12 - крани для відбору проб після 
електродіалізного апарату; 13 – краплепереривачі; 14 – компресор; 15 – 
випрямлювач. 
 
Рисунок 2.3 – Схема лабораторної установки для демінералізації шахтної 
води методом електродіалізу. 
Схема електродіалізного апарату зображена на рисунку 2.4. 
 
1 – електроди; 2 – патрубки подачі шахтної води; 3 – патрубки подачі 
розчину для промивання електродних камер; 4 – вихід концентрату; 5 – вихід 
демінералізованого розчину; М(К) – катіонітова мембрана; М(А) – аніонітові 
мембрана. 
Рисунок 2.4 – Схема електродіалізатору. 
 
Послідовність виконання роботи 
Демінералізація шахтної води відбувається на установці, яка зображена на 
рисунку 2.3. 
Шахтна вода, яка пройшла електроактиваторну установку, 
профільтровується і подається в ємкість 2, яку з’єднують через 
краплепереривачі 13 з патрубками 2 електродіалізного апарату (рисунок 2.4). 
Для приготування розчину для промивання електродних камер 140 г Nа2SО4 
розчиняємо в 20 л дистильованої води. Розчин фільтрується крізь 
фільтрувальний папір «біла стрічка» і направляється в ємкість 3 об’ємом 20 л, 
яка з’єднується з патрубками 3 (рисунок 2.3) через краплепередавачі 
електродіалізного апарату. 
Випрямлювач 15 працює від мережі змінного струму напругою 220 В. На 
панелі є амперметр, вольтметр, регулятор для керування електричними 
параметрами, які подаються на електроди електродіалізатору. 
Шахтна вода, пройшовши камери електродіалізатору 1, зливається в 
ємкість 5 об’ємом 10 л. 
Якщо якість шахтної води не задовольняє вимогам за вмістом хлоридів та 
солей твердості, то вона направляється в ємкість 4 об’ємом 15 л і подається за 
допомогою компресора 14 в ємкість 2 об’ємом 10 л. 
Промивний розчин, пройшовши електродні камери, зливається в ємкість 4 
об’ємом 15 л і подається в ємкість 3 об’ємом 20 л за допомогою компресора 14. 
Точки відбору проб 7, 8, 9, 10, 11, 12, показані на схемі (рисунок 2.3). 
Марка аніонітових мембран – мембрана гетерогенна іонообмінна марки 
МА-40, марка катіонітових мембран – мембрана гетерогенна іонообмінна марки 
МК-40. 
Розмочування аніонітових і катіонітових мембран проводиться в різних 
ємкостях при t = 4-40° С. Між мембранами прокладаються турбулізатори. 
Ємкості заливаються дистильованою водою. 
Подаємо напругу на апарат в режимі прямої полярності. Установлюємо 
струм згідно рівності 1.1. 
Через 10-15 хвилин після установки стабільного електричного режиму, 
відбираємо проби і проводимо аналізи, ті ж самі як і в процесі очищення 
шахтної води методом електроактивації. Якщо результати очищення 
задовольняють вимогам до якості очищеної води, то вибране значення 
величини І електричного струму приймається робочим і підтримується 
протягом всього досліду. 
Шахтна вода, яка пройшла другу ступінь очищення проходить стадію 
аналізів, які вказані і описані в аналітичній частині роботи. 
  
3  РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ АНАЛІЗ 
 
3.1 Вхідний контроль 
 
Перед початком проведення вхідного контролю профільтрували 15 л 
вихідної шахтної води крізь паперовий фільтр «біла стрічка» для зменшення 
кількості завислих речовин. 
Провели вхідний контроль вихідної шахтної води шляхом проведення 
наступних аналізів: 
 Визначення вмісту хлорид-іонів.  
Vпроби = 5 мл; 
VАgNО3(1) = 8,4; 
VАgNО3(2) = 8,5 
VАgNО3хол. = 0,1; 
х1 = 2938 мг/дм3; 
х2 = 2977,8 мг/дм3; 
хсер. = 2958 мг/дм3. 
 Визначення твердості води. 
Vпроби = 50 мл; 
VТрилону Б1 = 43,9; 
VТрилону Б2 = 43,7; 
Т1 = 43,9 мг/дм3; 
Т2 = 43,7 мг/дм3; 
Тсер. = 43,8 мг/дм3. 
 Визначення вмісту сульфат-іонів. 
Vпроби = 1 мл; 
D1 = 0,142; 
D2 = 0,142; 
С 2-
SО4  = 450 мг/дм3. 
 Визначення сухого залишку.  
m2 чашка з осадом = 56,69440 г;                   m2ʹ чашка з осадом = 66,55597 г; 
m1 порожня чашка = 55,71400 г;                   m1ʹ порожня чашка = 65,57515 г; 
m3 осаду = 0,98040 г;                                m3ʹ осаду = 0,98082 г; 
х1 = 9804 мг/дм3;                                     х2 = 9808 мг/дм3; 
х  = 9806 мг/дм3
сер.  
Кліматичні умови проведення випробувань: температура кімнатна, тиск 
атмосферний. 
Отриманні результати вхідного контролю вихідної шахтної води зведені в 
таблицю 3.1. 
 
 Таблиця 3.1 – Результати вхідного контролю вихідної шахтної води 
  Температура Атмосферний 
Найменування Результати  проведення тиск 
показника якості дослідження аналізів Р, мм.рт.ст. 
води t, °С 
Хлориди, мг/дм3 2958   
Сульфати, мг/дм3 450   
Загальна твердість, 43,8   
мг/дм3 кімнатна атмосферний 
Сухий залишок, 9806 
мг/дм3 
рН 7-8 
 
 
3.2 Додавання флокулянту марки HENGELOC61414 до вихідної шахтної 
води 
 
До попередньо профільтрованої шахтної води додали флокулянт марки 
HENGELOC61414, який був попередньо приготовлений. Для його 
приготування було відібрано 1 см3 флокулянту в мірну колбу  ємністю 100 см3, 
після чого довели об’єм до мітки дистильованою водою. Таким чином, 
отримали розчин – флокулянт : Н2О = 1 : 100. Через 1 добу у воді утворилися 
рихлі пластівці, так звані флокули. Вони видалилися шляхом відстоювання і 
фільтрування. Після фільтрування були проведенні наступні аналізи води:  
 Визначення вмісту хлорид-іонів.  
Vпроби = 5 мл; 
VАgNО3(1) = 5,9; 
VАgNО3(2) = 5,8; 
VАgNО3хол. = 0,1; 
х1 = 2056,1 мг/дм3; 
х2 = 2020,7 мг/дм3; 
х 3
сер. = 2038 мг/дм . 
 Визначення твердості води. 
Vпроби = 50 мл; 
VТрилону Б1 = 29,2; 
VТрилону Б2 = 29; 
Т1 = 29,2 мг/дм3; 
Т2 = 29 мг/дм3; 
Тсер. = 29,1 мг/дм3. 
 Визначення вмісту сульфат-іонів. 
Vпроби = 1 мл; 
D1 = 0,12; 
D2 = 0,12; 
С1 2-
SО4  = 352 мг/дм3; 
С2 2-
SО4  = 352 мг/дм3; 
Ссер. 2-
 SО4  = 352 мг/дм3. 
 Визначення сухого залишку.  
m2 чашка з осадом = 56,74443 г;                   m2ʹ чашка з осадом = 66,37767 г; 
m1 порожня чашка = 55,96320 г;                   m1ʹ порожня чашка = 65,59622 г; 
m3 осаду = 0,78123 г;                                m3ʹ осаду = 0,78145 г; 
х1 = 7812,3 мг/дм3;                                     х2 = 7814,5 мг/дм3; 
хсер. = 7813 мг/дм3 
Отриманні результати аналізу шахтної води після додавання флокулянту 
HENGELOC61414 зведенні в таблицю 3.2 
 
  Таблиця 3.2 – Результати аналізу шахтної води після додавання  
   флокулянту HENGELOC61414 
 Результати дослідження 
 
Найменування    
показника якості Вихідна Після  Ступінь 
води шахтна додавання очистки, 
вода флокулянту  % 
  
Сухий залишок, 9806 7813 20,3 
мг/дм3 
Сульфати, мг/дм3 450 352 21,8 
Хлориди, мг/дм3 2958 2038 31,1 
Загальна 43,8 29,1 33,6 
твердість, мг/дм3 
 
3.3 Проведення хімічної електроактивації підготовленої шахтної води 
 
Процес хімічної електроактивації проводився в електроактиваторі, схема 
якого зображена на рисунку 2.2 при силі струму 6 А та напрузі 12 В; 
температура проведення досліду 21 °С; атмосферний тиск 754 мм.рт.ст.; 
вимірювання рН середовища проводилось через кожні 5 хв. Залежність рН від 
часу електроактивації надано в таблиці 3.3. 
Після проведення процесу хімічної електроактивації отримали 9,8 дм3 
лужної води та 1,5 дм3 кислої води. Були проведенні наступні аналізи лужної 
води, яка була попередньо профільтрована:  
 Визначення вмісту хлорид-іонів.  
Vпроби = 5 мл; 
VАgNО3(1) = 2,1; 
VАgNО3(2) = 2,05; 
VАgNО3хол. = 0,1; 
х1 = 709 мг/дм3; 
х2 = 691,3 мг/дм3; 
 
  Таблиця 3.3 – Залежність рН від часу електроактивації 
 Показник рН 
Час  Католіт Аноліт 
Т, хв. 
0 7-8 7-8 
5 8-9 2-3 
10 9-10 2-3 
15 11-12 2 
 
 Визначення твердості води. 
Vпроби = 50 мл; 
VТрилону Б1 = 20,4; 
VТрилону Б2 = 20,5; 
Т1 = 20,4 мг/дм3; 
Т2 = 20,5 мг/дм3; 
Тсер. = 20,45 мг/дм3. 
 Визначення вмісту сульфат-іонів. 
D1 = 0,1; 
D2 = 0,085; 
С1 2-
SО4  = 250 мг/дм3; 
С2 2-
SО4  = 290 мг/дм3; 
Ссер. 2-
 SО4  = 270 мг/дм3. 
 Визначення сухого залишку.  
m2 чашка з осадом = 56,18315 г;                   m2ʹ чашка з осадом = 66,04102 г; 
m1 порожня чашка = 55,71742 г;                   m1ʹ порожня чашка = 65,57380 г; 
m3 осаду = 0,46573 г;                                m3ʹ осаду = 0,46722 г; 
х1 = 4657,3 мг/дм3;                                     х2 = 4672,2 мг/дм3; 
х 3
сер. = 4665 мг/дм  
 Отримані аналізу шахтної води після проведення хімічної 
електроактивації зведені в таблицю 3.4 
 
 Таблиця 3.4 – Результати аналізу шахтної води після проведення хімічної 
електроактивації 
Найменування Результати дослідження 
показника якості 
води Вихідна Після очищення  Ступінь 
шахтна методом  очистки, % 
вода електроактивації 
Сухий залишок, 9806 4665 52,4 
мг/дм3 
Сульфати, мг/дм3 450 270 40 
Хлориди, мг/дм3 2958 700 76,3 
Загальна 43,8 20,5 53,2 
твердість, мг/дм3 
 
В процесі хімічної електроактивації змінювали різні параметри: силу 
струму, напругу, час, об’єм відбору кислої води а також відстань між 
електродами. Показники ступеня очищення шахтної води  в процесі хімічної 
електроактивації при різних значеннях параметрів зведені в таблицю 3.5. 
 
 
 
 
Таблиця 3.5 – Показники ступеня очищення шахтної води  в процесі 
хімічної електроактивації при різних значеннях параметрів  
 
  Концентрація Ступінь  
№ відбору Сила струму  солей  очищення 
проби І, А твердості  шахтної 
с, мг/дм3 води,% 
1 6 31,9 27 
2 11 30,3 30,9 
3 16 27,9 36,2 
4 21 26,3 40 
5 26 24,0 45,3 
  Концентрація Ступінь 
солей очищення 
ІІ Напруга U, В 
твердості шахтної 
с, мг/дм3 води,% 
1 10 28,9 30,8 
2 12 26,3 39,9 
3 14 24,5 44,1 
4 16 21,7 50,5 
5 18 20,5 53,2 
  Концентрація Ступінь 
Час солей очищення 
ІІІ 
електроактивації твердості шахтної 
t, сек с, мг/дм3 води,% 
1 600 39,7 9,4 
2 800 38,2 12,8 
3 1000 37,0 15,5 
4 1200 35,9 18 
5 1400 32 26,9 
  Концентрація  
Об’єм відбору солей Ступінь 
ІV 
кислої води V, твердості очищення 
дм3 с, мг/дм3 шахтної 
води,% 
1 1 32,1 26,6 
2 1,2 31,2 28,8 
3 1,4 29,9 31,7 
4 1,6 29,3 33,2 
5 1,8 28,1 35,8 
Кінець таблиці  3.5 
 Відстань між Концентрація Ступінь 
електродами L, солей очищення 
V 
мм твердості шахтної 
с, мг/дм3 води,% 
1 50 24,3 44,5 
2 70 26,5 39,5 
3 90 28,1 35,8 
4 110 29,2 33,3 
5 130 31,4 28,3 
 
За даними таблиці 3.5 побудували графіки залежності ступеня очищення 
від відстані між електродами (рис. 3.1). 
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Відстань між електродами, мм
 
Рисунок 3.1 – Графік залежності ступеня очищення шахтної води від 
відстані між електродами 
 
На рисунку 3.2 надано Графік залежності ступеня очищення шахтної води 
від значення напруги. 
Графік залежності ступеня очищення шахтної води від об’єму відбору 
кислої води (див.рис.3.3). 
Графік залежності ступеня очищення шахтної води від сили струму та 
графік залежності ступеня очищення шахтної води від часу проведення хімічної 
електроактивації представлені відповідно на рисунках 3.4 та 3.5. 
Ступінь очищення шахтної води, %
60
50
40
30
20
10
0
0 5 10 15 20
Напруга на електродах, В
 
 
Рисунок 3.2 – Графік залежності ступеня очищення шахтної води від 
значення напруги 
 
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 0,5 1 1,5 2
Об'єм відбору кислої води, дм куб.
 
 
Рисунок 3.3 – Графік залежності ступеня очищення шахтної води від 
об’єму відбору кислої води 
Ступінь очищення шахтної води, %
Ступінь очищення шахтної 
води, %
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30
Сила струму, А
 
 
Рисунок 3.4 – Графік залежності ступеня очищення шахтної води від сили 
струму 
 
30
25
20
15
10
5
0
0 500 1000 1500
Час електроактивації, сек
 
Рисунок 3.5 – Графік залежності ступеня очищення шахтної води від часу 
проведення хімічної електроактивації 
Проведення аналізу цих графіків показало, що найбільший вплив на 
показник ступеня очищення чинить підвищення значення параметру напруги, 
Ступінь очищення шахтних вод,%
Ступінь очищення шахтних 
вод, %
чим більше напруга, тим більше досягається значення ступеня очищення. 
Найменший вплив чинить показник часу проведення електроактивації. Отже, 
можна зробити висновок, що збільшення або зменшення часу проведення 
електроактивації майже не впливає на ступінь очищення шахтної води. 
 
3.4 Проведення очищення шахтної води методом електродіалізу 
 
Процес електродіалізу проводився на установці , схема якої зображена на 
рисунку 2.4, температура проведення досліду 21 °С; атмосферний тиск 754 
мм.рт.ст. Шахтна вода, яка подавалася на електродіалізну установку, пройшла 
попереднє очищення шляхом додавання флокулянту та очищення на 
електроактиваторній установці. 
Після проведення процесу електродіалізу отримали 8,5 дм3 
демінералізованої води та 1,25 дм3 концентрату. Були проведенні наступні 
аналізи де мінералізованої води, яка була попередньо профільтрована крізь 
фільтрувальний папір:  
 Визначення вмісту хлорид-іонів.  
Vпроби = 5 мл; 
VАgNО3(1) = 0,15; 
VАgNО3(2) = 0,17; 
VАgNО3хол. = 0,1; 
х  = 17,7 мг/дм3
1 ; 
х2 = 24,8 мг/дм3; 
хсер. = 21,3 мг/дм3. 
 Визначення твердості води. 
Vпроби = 50 мл; 
VТрилону Б1 = 1,3; 
VТрилону Б2 = 1,3; 
Т1 = 1,3 мг/дм3; 
Т2 = 1,3 мг/дм3; 
Т 3
сер. = 1,3 мг/дм . 
 Визначення вмісту сульфат-іонів. 
Vпроби = 1 мл; 
D1 = 0,025; 
D2 = 0,025; 
С1 2-
SО4  = 70 мг/дм3; 
С2 2-
SО4  = 70 мг/дм3; 
Ссер. 2- 3
 SО4  = 70 мг/дм . 
 Визначення сухого залишку.  
m2 чашка з осадом = 56,97463 г;                   m2ʹ чашка з осадом = 65,89753 г; 
m1 порожня чашка = 56,87573 г;                   m1ʹ порожня чашка = 65,80096 г; 
m3 осаду = 0,09890 г;                                m3ʹ осаду = 0,09657 г; 
х1 = 989 мг/дм3;                                      х2 = 966 мг/дм3; 
хсер. = 978 мг/дм3 
 
Результати досліджень після проведення очищення методом електродіалізу 
зведенні в таблицю 3.6 
 
Таблиця 3.6 – Результати досліджень після проведення очищення методом електродіалізу 
 
  Результати дослідження 
  
Найменуванн          
я показника    Після  Шахтна вода   
якості води Вихідна Після Ступінь очищення Ступінь після  Ступінь Загальна 
шахтна додавання очищен методом очищен очищення очищен ступінь 
вода флокулянту  ня, електроактива ня, методом ня, очищен
 % ції % електродіаліз % ня, 
у % 
 
Сухий 9806 7813 33,6 4665 52,4 978 79 90 
залишок, 
мг/дм3 
Сульфати, 450 352 21,8 270 40 70 74 84,4 
мг/дм3 
Хлориди, 2958 2038 31,1 700 76,3 21,3 97 99,3 
мг/дм3 
Загальна 43,8 29,1 33,6 20,45 53,2 1,3 93,6 97 
твердість, 
мг/дм3 
У процесі електродіалізу змінювали різні параметри: силу струму, 
швидкість потоку води через камери концентрування, число камер, 
швидкість потоку розчину, який знесолюється, швидкість потоку води через 
електродні камери. Показники ступеня очищення шахтної води  в процесі 
електродіалізу при різних значеннях параметрів зведені в таблицю 3.7. 
 
Таблиця 3.7 – Показники ступеня очищення шахтної води  в процесі 
електродіалізу при різних значеннях параметрів  
 
  Концентрація Ступінь  
№ відбору Сила струму  солей  очищення 
проби І, А твердості  шахтної 
с, мг/дм3 води,% 
1 8 12,9 37 
2 10 10,6 48,3 
3 12 7,2 64,9 
4 14 4,8 76,6 
5 16 1,3 93,7 
 Швидкість Концентрація Ступінь 
потоку в солей очищення 
ІІ 
камерах твердості шахтної 
концентрування, с, мг/дм3 води,% 
м/сек 
1 0,02 16,7 18,5 
2 0,04 16,6 19,0 
3 0,06 16,5 19,5 
4 0,08 16,0 22,0 
5 0,10 15,6 23,9 
 Число Концентрація Ступінь 
електродних солей очищення 
ІІІ 
камер, шт. твердості шахтної 
с, мг/дм3 води,% 
1 3 14,6 28,8 
2 5 13,6 33,7 
3 7 9,2 55,1 
4 9 6,5 68,3 
5 11 4,4 78,5 
 
        Кінець таблиці 3.7 
 Швидкість Концентрація  
потоку солей Ступінь 
ІV 
розчину, який твердості очищення 
знесолюється, с, мг/дм3 шахтної 
м/сек води,% 
1 0,02 15,1 26,3 
2 0,04 13,8 32,7 
3 0,06 10,6 48,3 
4 0,08 9,8 52,2 
5 0,10 8,1 60,5 
 Швидкість Концентрація Ступінь 
потоку води солей очищення 
V 
через твердості шахтної 
електродні с, мг/дм3 води,% 
камери, м/сек 
1 0,02 17,3 15,6 
2 0,04 17,0 17,0 
3 0,06 16,5 19,5 
4 0,08 15,2 25,9 
5 0,10 14,3 30,2 
 
За даними таблиці 3.7 побудували графіки залежності ступеня очищення 
шахтної води від різних параметрів в процесі електродіалізу (рис.3.6 – 3.10). 
 
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 5 10 15 20
Сила струму, А
 
Рисунок 3.6 – Графік залежності ступеня очищення шахтної води від 
сили струму в процесі електродіалізу 
Ступінь очищення шахтної води, %
 
30
25
20
15
10
5
0
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
Швидкість потоку в камерах концентрування, м/сек
 
 
Рисунок 3.7 – Графік залежності ступеня очищення шахтної води від 
швидкості потоку рідини в камерах концентрування 
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 2 4 6 8 10 12
Число електродіалізних камер, шт.
 
 
Рисунок 3.8 – Графік залежності ступеня очищення шахтної води від 
кількості камер в електродіалізному апараті 
 
Ступінь очищення шахтної 
Ступінь очищення шахтної води, 
води, %
%
70
60
50
40
30
20
10
0
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
Швидкість потоку, що знесолюється, м/сек
 
 
Рисунок 3.9 – Графік залежності ступеня очищення шахтної води від  
швидкості потоку розчину, який знесолюється 
 
35
 
30
 25
 20
 15
 10
 5
 0
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
 
Швидкість потоку води через електродні камери, м/сек
 
 
 
Рисунок 3.10 – Графік залежності ступеня очищення шахтної води від 
швидкості потоку води через електродні камери 
Ступінь очищення шахтної води, Ступінь очищення шахтної води, %
%
Проведення аналізу цих графіків показало, що найбільший вплив на 
показник ступеня очищення чинить підвищення значення параметру сили 
струму, чим більше сила струму, тим більше досягається значення ступеня 
очищення. Найменший вплив чинять показники швидкості потоку рідини в 
камерах концентрування та швидкості потоку води через електродні камери. 
Отже, можна зробити висновок, що для досягнення максимального ступеня 
очищення електродіаліз потрібно проводити при таких параметрах: сила 
струму 16 А; число камер 11 шт. та швидкості потоку розчину, який 
знесолюється 0,1 м/сек. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
4 ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ОЧИЩЕННЯ ШАХТНИХ 
СТІЧНИХ ВОД 
 
Склад вихідної шахтної води 
Катіони:                         мг/л                                 Аніони:                              
мг/л 
Кальцій Са2+                   17,1                                Бікарбонат НСО -
3               
340 
Магній Мg2+                   12,1                                Сульфат SО 2-
4                      
165 
Натрій, калій Nа+, К+    828,6                               Хлорид С1-                         
2958 
Витрати води – 66,9 л/год = 83,3 м3/год 
 
Шахтна вода насосами I підйому подається у тангенціальні 
пісковловлювачі (ТП), де осаджуються грубі нерозчинні домішки (пісок та 
інші зернисті речовини) при зменшенні швидкості потоку. Час перебування 
води у пісколовці приблизно 1 хвилина [10]. Грубодисперсні домішки 
відводяться у муловий резервуар (МР). До пісколовки під’єднана система 
аварійного скидання. Далі вода проходить регулюючу ємкість (РЄ) для 
рівномірного живлення очищувальної установки при періодичній роботі 
насосів головного водовідливу. Після цього вода поступає у змішувач-
флокулятор (ЗФ), який має пропелерну мішалку, що забезпечує швидке 
перемішування реагентів з водою. Для отримання оптимальної флокуляції 
швидкість перемішування встановлюється в межах 0,2-0,5 м/с. 
Перемішування рекомендовано проводити не менше 30 секунд [10]. Потім 
розчин води з флокулянтом направляється в камеру утворення пластівців 
(КУП). Час перебування води для формування пластівців не менше 30 
хвилин. Потім вода із зкоагульованими пластівцями поступає у вертикальний 
відстійник (ВВ), де піднімаючись вертикально вверх видаляється, 
переливаючись крізь кромку відвідного жолобу біля поверхні басейну. 
Зфлокульовані часточки рухаються вниз у напрямку протилежному напрямку 
води і видаляються із дна відстійника за допомогою механічного пристрою, 
після чого поступають у муловий резервуар. Час відстоювання зважених 
часток не менше 1,5 години, максимальна швидкість руху води через 
відстійник 2,5 мм/с. Після відстоювання вода направляється до біологічних 
фільтрів (БФ), де проходить попередню очистку на пластмасовій загрузці. 
Осад, який залишився після фільтрації, направляється у муловий резервуар. 
Відфільтрована вода подається у вертикальний відстійник. Відфільтрована та 
відстояна вода подається в електроактиватор (ЕА), де до нього підводиться 
напруга 6В. Під час процесу в ЕА відбувається виділення газів (кисень, 
хлор), які відправляються в мокрі газгольдери (Г), для подальшої їх 
переробки. Електрохімічно активована вода виходить з ЕА на подальшу 
очистку. В електроактиваторі відбувається первинне знесолення води. 
Корпус електроактиватору являється катодом, виготовлений з нержавіючої 
сталі. Всередині електроактиватору знаходиться анод, який виготовлено 
шляхом нанесення графіту на титанову основу. Анод занурений в брезентову 
діафрагму, яка являється напівпроникною мембраною. Застосовують густину 
струму від 10 до 104 А/м2. Напруга на окремих виводах електроактиватору 
складає 2-5 В. Загальна напруга електроактиваторів, які можна з’єднувати в 
секції (групи) 200-400 В. Час проведення електроактивації встановлюється в 
залежності від вихідного складу та об’єму води, в нашому випадку – 
приблизно 6 годин. 
Після процесу електроактивації кисла вода (з рН-2-3) та лужна вода (з 
рН 11-12) надходять до вертикальних відстійників, після чого кисла вода 
подається у резервуар кислої води (РКВ), лужна вода – у резервуар лужної 
води (РЛВ). Далі лужна вода подається з резервуару на другій ступінь 
знесолення в електродіалізну установку (ЕДУ). Для стабілізації рН 
середовища води, яка подається на електродіаліз до неї додаємо кислу воду з 
резервуару для кислої води. Подача регулюється дозатором кислої води 
(ДКВ). Після дозатору кисла вода та лужна змішуються у вертикальному 
змішувачі (З) для забезпечення відповідного значення рН води, яка поступає 
на другий ступінь знесолення. 
Другий ступінь опріснення відбувається у циркуляційній безперервній 
установці, яка складається з ванни, робочих баків, баків для розсолу, насосів 
для розсолу та ділюату Для живлення електродіалізних ванн використовують 
постійний струм напругою до 380 В. У ванну може подаватися вода з такими  
якісними параметрами: вміст зважених речовин – не більше 2 мг/л; 
кольоровість – 20 гард; окиснювальність – 5 мг/л О2; вміст заліза – 0,1 мг/л. 
Солона вода (католіт) поступає в робочі баки і в баки для розсолу. З робочих 
і розсільних баків вода поступає в чарунки ванни, в якій знаходяться камери. 
Кожна камера обмежена з однієї сторони аніонітовою та з іншої – 
катіонітовою мембранами. Під дією електричного струму вода розкладається 
на іони. В результаті іони солей з води, яка знаходиться в камерах для води, 
переносяться в розсільні камери, де вони і накопичуються. Мембрани, які 
розділяють розчини, виготовлені з полівінілхлориду. Після процесу 
розділення опріснена вода повертається в робочі баки, а розсіл повертається 
в баки розсолу. Процес відбувається до тих пір, поки солевміст у воді не 
знизиться до заданого значення. Після досягнення заданого ступеня 
очищення вода направляється на піщані фільтри (ПФ), цеолітові фільтри 
(ЦФ) та в резервуар чистої води (РЧВ). Розсіл  поступає у стік. Гази, які 
виділяються під час процесу електродіалізу (кисень, хлор) направляються в 
мокрі газгольдери для подальшої їх переробки. Промивні води і шлами з 
мулового резервуару подаються насосами на центрифугу (Ц). Фугат 
центрифуги повертається в процес, а згущений продукт направляється на 
вагонетках у відвал. 
  
5 ВИБІР ТЕХНОЛОГІЧНОГО ОБЛАДНАННЯ 
 
 Класифікація електрохімічних пристроїв. охоплює більшість відмітних 
рис. Дискретний принцип впливу, коли порція рідини обробляється до 
досягнення заданих параметрів і властивостей, після чого використовується 
за своїм призначенням, реалізується в основному в лабораторних установках. 
Найчастіше такі установки виконуються у вигляді комірок. 
 Побутові прилади можуть бути як дискретного, так і проточного типу 
малої продуктивності. Вони в більшості випадків служать для очищення й 
пом'якшення питної води, і тому технологічно виконуються без розділення 
продуктів реакцій. 
 Проточні електроактиватори безперервної дії раціонально 
використовувати при обробці великої кількості рідкого середовища й при 
необхідності вбудовування електродного блоку у вже діючий технологічний 
процес. Занурені електроактиваційні установки також можуть бути 
використані в безперервному циклі одержання активованих рідин при 
невеликих конструктивних змінах технологічної схеми прив'язки установки у 
виробничому циклі [8]. 
 При електроактивації розчинів для використання їхньої каталітичної 
активності, приготування біологічно активних систем й у технологічних 
процесах з переривним циклом роботи краще використовувати занурені 
електроактиваційні установки дискретної (періодичної) дії. 
 За технологічним призначенням рідини, що отримують активатори 
поділяють на установки для одержання переважно аноліта або католіта. 
Однак варто помітити, що цей розподіл трохи умовний. Від одного типу 
установки до іншого можна перейти зміною полярності електродів, якщо це 
дозволяє зробити матеріал електродів. Так, наприклад, електрод зі сталі буде 
стійкий при катодній поляризації, у той час як при анодній поляризації він 
може руйнуватися [9], чого не можна допустити при обробці харчових рідин. 
У цьому випадку вирішити проблему можна передбачивши запасний 
комплект електродів. 
 При одержанні розчинів з високо водневим (рН) і окисно-відновним 
потенціалом (ОВП) в електродних блоках активаторів нерідко виходять із 
ладу діафрагми, пори яких засмічуються продуктами хімічних реакцій. У 
цьому випадку більш ефективно використовувати бездіафрагменні 
електрохімічні установки. Ці установки використовуються також для 
обробки гетерогенних систем, що найбільш часто зустрічаються в харчовій 
промисловості. 
 Якість обробки рідкої системи, її втрати й економічність процесу в 
значній мірі залежать від часу обробки й кількості рідини, що протікає у 
порожнину допоміжного електрода через діафрагму. Регулювати кількість 
рідини, що протікає залежно від витрат покликані електроактиватори з 
регульованою пропускною здатністю. Ці установки мають переваги, коли 
потрібно одержати активований розчин з точними й постійними рН й ОВП 
при коливаннях витрат вихідної рідини. Для регулювання перетоку рідини в 
таких установках використовують багатошарові діафрагми з губчатим шаром 
[8]. 
 Установки з регульованим міжелектродним зазором робочої камери 
необхідні для ЕХА рідких систем з більшим діапазоном мінералізації. 
Основними елементами електроактиваторів є електроди (анод і катод) і 
поділяючий елемент (діафрагма або мембрана), розташований між 
електродами для поділу аноліта й католіта та запобігання протікання 
побічних реакцій при обробці рідких середовищ. 
 Систематизація установок для електрохімічної активації рідин надана 
на рисунку 5.1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 5.1 – Систематизація установок для електрохімічної активації 
 рідин 
Класифікація електродів досить складна й об'ємна, і є частиною 
класифікації установок для електрохімічної активації.  
Класифікація електродів представлена на рис. 5.2. 
 До матеріалу електрода, незалежно від його конструкції, висувається 
ряд загальних вимог [9, 10]: 
 матеріал для виготовлення електрода повинен мати гарну 
електропровідність, високу каталітичну активність та селективність 
стосовно цільової електрохімічної реакції; 
 матеріал електрода повинен мати достатню механічну міцність, 
зберігати свої первісні властивості при тривалій експлуатації; 
 мати найбільш низьку вартість, бути недефіцитним; 
 розташування й форма електродів повинні забезпечувати рівномірний 
розподіл густини струму. 
 При використанні електроактиватора у харчовій промисловості, 
висувається додаткова вимога: основний електрод повинен бути інертним, 
тобто нерозчинним у продукті при підведенні до нього напруги. У 
противному випадку окисли важких металів й їхні солі можуть виявитися в 
продукті. До того ж матеріал основного електрода повинен бути допущений 
міністерством охорони здоров'я України до застосування в харчовій 
промисловості. 
 Перегородки, що розділяють порожнину електроактиватора на анодну 
й катодну зону, розділяються на діафрагми, мембрани й об’ємно - проникний 
елемент. 
 Найбільш часто в процесах уніполярної обробки рідин використовують 
діафрагми, які можуть бути зануреними й фільтруючими. Занурені діафрагми 
діють без спрямованого через них потоку електроліту й призначені для 
запобігання змішування розчинів з різних електродних зон.  
 Для виготовлення таких діафрагм можуть використовуватися кераміка 
(порцеляна, фаянс); брезентова, капронова, хлоринова, полівінілхлоридна, 
політетрафтор-етиленова тканини; вініпор; тощо [8, 11]. 
 Фільтруючі діафрагми призначені для запобігання переносу іонів під 
дією електричного струму.  
 
Рисунок 5.2 – Класифікація електродів 
 
 Мембрани, на відміну від діафрагм, розділяючи дві частини системи, 
пропускають одні компоненти й затримують інші. В основному мембрани 
використовують в молочній промисловості для розкислення молока, 
одержання лактулози. У цих процесах використовується така властивість 
мембран як селективність - здатність мембрани вибірково пропускати іони, 
що мають один знак заряду, і перешкоджати проходженню протилежно 
заряджених іонів [10,11]. За своєю структурою мембрани підрозділяються на 
гомогенні й гетерогенні. Гомогенна мембрана складається з одного матеріалу 
(як правило, полімеру) і не має сторонніх домішок. Гетерогенна мембрана 
являє собою суміш двох і більше компонентів. Види розподільчих 
перегородок, які використовуються  при ЕХА надано на рис.5.3. 
 
 Рисунок 5.3 – Види розподільчих перегородок, які використовуються  при ЕХА 
  
 В даній роботі використовувався електрохімічних реактор (рис.5.4), 
який представляє собою ємність з конічним днищем, корпус (1) якого 
виготовлено із сталі Ст-50. Корпус встановлено на стальній опорі (4), яка 
виготовлена із сталі Ст-3 і зміцнена ребрами жорсткості (2). 
 На боковій частині апарата знаходиться штуцер для подачі води (3). 
Вода, яка подається на демінералізацію надходить в штуцер, а звідти в 
електродний простір електроактиватору, що Електродний простір 
складається з пакету анодів (5) та катодів (6), які затиснені між керамічними 
пластинами, які слугують ізолюючим матеріалом (8). Електроди занурені у 
брезентові мішки (13), які попередньо натягуються на пластиковий каркас 
(12).  Пластиковий каркас має отвори, крізь які вода потрапляє в електродний 
простір. Анод виготовлений з графіту, катод із сталі марки Х18Н10Т. 
Напруга подається безпосередньо на електроди за допомогою 
струмопровідних пристроїв (9).  
 У верхній частині апарату є два штуцера для відведення анодних газів 
(14) та два штуцера для відведення катодних газів (15). В процесі проведення 
електроактивації анодна суспензія відводиться крізь анодний штуцер (16), 
катодна – через катодний штуцер (17). Пластиковий каркас та керамічні 
пластини кріпляться до кришки (18) за допомого зтяжних болтів (10). 
Кришка виготовлена зі сталі Х18Н10Т.  
 Між верхньою та нижньою кришками прокладена паронітова 
прокладка (11), яка слугує для ізоляції та герметизації апарату.  
 В нижній частині апарату розміщується піддон електроактиватору (7), в 
якому знаходяться штуцери для виходу суспензій католіта та аноліта. 
 Порівняльні характеристики реагентного і електрохімічного методів 
наведено в таблиці 5.1. 
 
 
1 – корпус; 2 – ребра жорсткості; 3 – штуцер для подачі вихідної шахтної 
води; 4 – рама опорна; 5 – аноди; 6 – катоди; 7 – піддон 
електроактиватора; 8 – керамічні пластини; 9 – підведення електроенергії; 
10 – зтяжні болти; 11 – паронітова прокладка; 12 – пластиковий каркас; 13 
– брезентовий мішок, 14 – штуцер для відведення анодних газів; 15 – 
штуцер для відведення катодних газів; 16 – штуцер для відведення 
анодної суспензії; 17 – штуцер для відведення катодної суспензії; 18 – 
сталева кришка. 
Рисунок 5.4 –Електрохімічний активатор 
  
 
 
 
 
 
Таблиця  5.1 – Порівняльні характеристики реагентного і 
електрохімічного методів 
Переваги Недоліки 
Реагентний метод 
Стабільна робота при обробці Накопичення солей, ускладнення іонно - 
концентрованих вод молекулярного складу води 
Надійність регулювання при коливаннях Використання цінних товарних продуктів 
концентрацій і витрат води (кислот, лугів, солей і т.д.) 
Простота технологічних операцій Збільшення об’єму осаду, що 
утворюється, проблеми з утилізацією 
Низькі затрати електроенергії Використання великих промислових 
територій 
 Трудомісткість обслуговування 
Електрохімічний метод 
Виключення підвищення загальної Недостатня ефективність при обробці 
мінералізації води води з граничним значенням рН 
Запобігання ускладнень іонно- Нестійка робота при коливаннях 
молекулярного складу водної фази забруднень і витрат води 
Зменшення або виключення витрат Виділення вибухових газів 
хімічних реагентів 
Зниження об’єму осаду, що утворюється Відносно великі витрати електроенергії 
Компактність апаратів, що  
використовуються 
Зниження трудомісткості обслуговування  
Використання спеціального впливу  
електричного струму (знезаражування, 
коагулювання і т.д.) 
 
6 РОЗРАХУНОК ОСНОВНОГО ТА ДОПОМІЖНОГО ОБЛАДНАННЯ 
 
6.1 Розрахунок біофільтра з пластмасовою загрузкою 
 
- визначаємо необхідний ефект очистки за формулою: 
 
L  L
                                                    E  a T 100 , % ,                                          (6.1) 
La
 
де La - БПКпов = 6,4 мг/дм3 вихідної води, мг/л; 
     L 3
T - БПКпов = 0,5 мг/дм  очищеної води, мг/л; 
 
6,4  0,5
Е  100  92%  
6,4
 
Приймаю робочу висоту біофільтра Н = 4 м [ 1, с.185]. За таблицею 4 
(СНіП) визначаємо гідравлічне навантаження на біофільтр з пластмасовою 
загрузкою при середній зимовій температурі шахтної води t = 40С; q0 = 10 
м3/м2∙добу. 
Площу біофільтрів визначаю за формулою: 
 
Q
                                                          F  ,м2,                                         (6.2) 
q0
 
де Q - продуктивність станції, м3/добу; 
               q0  - гідравлічне навантаження, м3/м2∙добу. 
 
2000
F   200  м2 
10
 
В якості завантаження можна приймати блоки з полівінілхлориду,  
полістиролу, поліаміду, поліетилену, поліпропілену. 
- об’єм загрузки визначаю за формулою: 
                                              W  F H ,                                              (6.3) 
 
W  200 4  800м3 
 
 Приймаю 2 секції біофільтрів з розмірами секцій 10х10 і висотою 
загрузки 4 метри. 
 Біофільтри розміщуються в приміщенні, яке опалюється. 
Передбачається природна аерація. 
 
6.2 Розрахунок газгольдера 
 
                                                Н2О + e 1/ 2H2  OH                                     (6.4) 
                                                       Cl e 1/ 2Cl2 .                                            (6.5) 
 
- розраховую вихід газу на 1 м3 води за формулою: 
 
m
                                               VH  , звідки m V   ,                                       (6.6) 
2 
 
де m - молярна маса води, г; 
       - густина шахтної води, г/л. 
 Виходячи з рівнянь (6.5) і (6.6) видно, що на 18 г Н2О виділяється 1 г 
Н2. Отже, на 280000 г води виділяється х г Н2. Звідси: 
 
280000 1
х   15555,6  г або 16 кг 
18
. 
 Виходячи з рівнянь (6.5) і (6.6) видно, що на 35,5 г Cl2 виділяється 
17,75г Cl2. Отже, на 280000 г води виділяється х г Cl2 . Звідси: 
 
280000 17,75
х  140000  г або 140 кг 
35,5
- знаходжу густину водню при 200С за формулою: 
 
H2 T
                                                           3
   1 , кг/м ,                                  (6.7) 
0
200 C T1  t
 
де 0 - густина водню при  
    Т1 - температура повітря, К; 
     t  - температура повітря, 0С. 
Підставивши значення до формули (6.7), отримую: 
 
H2 273
  0,0899   0,08376 кг/м3. 
200 C 273 20
 
Підставляю значення до формули (6.6), отримую: 
 
16
VH  191 м3 
2 0,08376
 
Підставивши значення до формули (6.7), отримую: 
 
Cl2 273
  3,22   3 кг/м3. 
200 C 273 20
 
Підставляю значення до формули (6.6), отримую: 
 
140
VC1   47  м3 
2 3
 
Отже, добовий вихід газу по Н2 = 191 м3, а по Cl2 = 47 м3. 
- ємність газгольдера визначаю за формулою: 
 
V
                                                W  газ  t ,м3/год,                                              (6.8) 
24
 
де   t - час роботи газгольдера, год. 
191
W1  3  23,9 м3/год 
24
47
W2  3  5,9  м3/год 
24
 
Приймаю один основний типовий газгольдер для водню і один для 
хлору. 
 
6.3 Розрахунок установки для електрохімічної активації 
 
Вихідні дані: 
- витрати води електроактиваторною установкою, Q 3
уст. = 200 м /добу = 
8,3 м3/год; 
- пропускна здатність електроактиватору, Qе = 50 м3/добу = 2,1 м3/год; 
- загальний солевміст у вихідній воді, Споч. = 3734 мг/дм3 = 3,7 г/дм3 = 
87,9 ммоль/дм3 = 0,087 моль/дм3; 
Катіони       мг/дм3       ммоль/дм3             Аніони       мг/дм3       ммоль/дм3 
Са2+             17,1            0,43                       НСО -
3          485,7          8,0 
Мg2+            12,1            0,5                         SО 2-
4            352             8,2 
Nа+, К+        828,6          13,4                       С1-              2038           57,4 
Сума:          857,8          14,3                       Сума:         2875,7        73,7 
- питома електрична провідність вихідної води, х=30,6·10-4 См·см-1; 
- вихід по струму, η = 8,7; 
- швидкість протікання води  в апараті, v = 2 см/с; 
- площина мембрани, Fбр = 500 см2; 
- товщина мембрани, δК = 0,03 см; 
- матеріал мембрани – азбест; 
- солевміст знесоленої води 1,5 г/дм3 
 
Розрахунок: 
 
- ступінь знесолення вихідної води на установці: 
 
Y  Cк / Cпоч. 1,5/ 3,7  0,405  
 
- іонну силу розчину розраховую за виразом Дебая-Гюккеля: 
 
n
   0,5C Z 2  Ca2  Mg 2  SO 2  0,5Na  HCO   C1
i i 4 3 103       (6.9) 
i2
  (0,43 0,58,2)  0,5(13,4 57,48)103  0,049  
 
- середній солевміст: 
 
Ссер.  3734 : 87,9  42,5  мг/ммоль 
 
- необхідне солевидалення (зниження загального солевмісту з 3734 
до 1500 мг/дм3): 
 
Qе (Cпоч. Ск )  50  (87,91500/ 75,1)  3396,3 моль/год, 
де 75,1 – еквівалентна маса 
- кількість струму, який необхідно пропустити через 
електроактиватор для видалення з води розрахованої кількості 
солей розраховую за формулою:  
 
                                     (It)факт  26,8 Qе (Споч. Ск ) /                                 (6.10) 
 
де Q  – пропускна здатність електроактиватору, м3
е /год; 
    Споч., Ск – початкова та кінцева концентрація солей твердості у воді,      
    ммоль/дм3; 
    η – вихід по струму. 
 
(It)факт  26,8 3396,3/8,7 10,5 103 А  год  
 
- кількість електроактиваторних апаратів розраховую за формулою: 
 
                                        nап.  Qе 11,57 /(mv)                                              (6.11) 
 
де Qе – пропускна здатність електроактиватору, м3/год; 
     m – ширина електроактиваторного апарату, приймаю 300 см; 
     v – швидкість протікання води, см/с; 
     11,57 – перевідний коефіцієнт витрат з м3/добу у см3/сек. 
 
nап.  50 11,57 /(300 2)  ≈ 1 
 
- необхідна площа мембрани в апараті: 
 
Fм 1500  500см2  0,5м2  
 
- еквівалентна електрична провідність вихідної води: 
   /Споч.  30,6 104 / 0,0879 103  34,8 См·см2/моль 
- критичні умови роботи електроактиваторного апарату за 
формулою: 
 
                                                 ікр /Спр  ZFDd /(t  t) кр ,                           (6.12) 
 
де ікр – критична густина струму; 
     Спр. – концентрація розчину, яка відповідає точці поляризації; 
     Z – валентність іону; 
     F – постійна Фарадея; 
     Dd – коефіцієнт дифузії; 
     t  t  - різниця чисел перенесення іонів в мембрані і розчині, за експе- 
     риментальними даними = 0,5 [36, сторінка 101]; 
     δкр – критична товщина дифузійного шару, приймаю 6,72·10-3 см [36, 
сторінка 101]. 
96500 1,5 105
ікр /Спр   431 А·см/моль 
(0,5 6,72 103 )
- напруга на електроактиваторному апараті, яка необхідна для 
підтримання середньої густини струму за формулою: 
 
                                                      U  nап. U ап.  Еел ,                                          
(6.13) 
 
де nап. – кількість електроактиваторних апаратів; 
     Uап. – падіння напруги на один електроактиваторний апарат, приймаю   
     29,1 В; 
     Еел. – електродний потенціал, дорівнює 4 В [36]. 
 
U 1 29,1 4  33,1  ≈ 33 В 
 
- середня концентрація католіту: 
 
Ссер.  (Споч Ск ) / ln(Ск /Споч )  (3,7 1,5) / ln(1,5 / 3,7)  2,4 ммоль/л 
 
- витрати електроенергії на обробку води в електроактиваторі: 
 
                                             Wзнес.  (if нтUNе ) /1000 ,                                    (6.14) 
 
де і – густина струму, приймаю 8,78 А/м2 [36]; 
    fнт = 500·0,704 = 352 см2; 
    U – напруга на електроактиваторних апаратах, В; 
    Nе = 1 – число електроактиваторних установок, шт. 
 
Wзнес.  (8,78 0,352 33 1) /1000  0,1 кВт·год 
 
Приймаю витрати електроенергії на подачу води насосом в 
електроактиваторний апарат рівними 11,3 кВт·год [36]. 
- сумарні витрати електроенергії на обробку 1 м3 води: 
(W 3 
знес Wпод. ) / Q  (0,111,3) /8,3 1,4  кВт·год/м
 
6.4 Розрахунок циркуляційної електродіалізної установки 
 
Вихідні дані: 
- витрати води демінералізаційною установкою, Qуст = 2000 м3/добу 
= 83,3 м3/год 
- загальний солевміст у вихідній воді, Споч = 1911 мг/дм3 = 1,9 г/дм3 
= 42,9 ммоль/дм3 = 0,043 моль/дм3 
Катіони       мг/дм3       ммоль/дм3             Аніони       мг/дм3       ммоль/дм3 
Са2+             12               0,3                          НСО -
3          340             5,6 
Мg2+            8,5              0,35                        SО 2-
4            270             7,6 
Nа+, К+        580             9,34                        С1-              700             19,7 
Сума:          600,5          9,99                        Сума:         1310           32,9 
- солевміст знесоленої води 1 г/дм3 
 
Розрахунок: 
 
- іонну силу розчину розраховую за виразом Дебая-Гюккеля: 
 
   (0,3 0,35 7,6)  0,5(9,3419,7  5,6)103  0,026  
 
Середній солевміст: 
 
Ссер. 1911: 42,9  44,5  мг/ммоль 
 
- ступінь допустимого концентрування солей в розсільних камерах 
(прийнято дворазове пересичення розсолу гіпсом): 
 
19 104
                                             КС  ,                                          (6.15) 
Са2 SO2
4 
де [Са2+]; [SO 2-
4 ] – концентрація іонів Са і сульфат іонів, ммоль/дм3 у  
вихідній воді. 
 
19 0,026 104
КС   86,7  
0,15 103 3,8 103
Концентрація солей в розчині може бути доведена до: 
С р К
3
С  42,9 86,7  3719,4 ммоль/дм  
- необхідне солевидалення (зниження загального солевмісту з 1911 
до 1000 мг/дм3): 
 
Qуст (Cпоч. Ск )  83,3  (42,9 1000 / 44,5) 1699,3 моль/год 
 
- кількість електроенергії, яку потрібно пропустити через електродіа-
лізну установку для видалення з води вказаної кількості солей розраховую за 
формулою 6.14: 
(It)факт  26,8 1699,3/8,7  5235А  год  
 
- густину струму і визначаю в залежності від вартості мембран (150 
грн/м2) та електроенергії (0,24 грн/кВт·год). В даному випадку вона складає 
0,0085 А/см2. Необхідна площа мембран при цій густині струму: 
 
Fм  І t / i  5235 / 0,0085  61,6 104 cм2  
 
- необхідна кількість парних мембран в електродіалізному апараті при 
площі однієї мембрани f = 5000 см2 та коефіцієнті екранування мембрани 
поліетиленовою (полівінілхлоридною) рамкою 0,75, тобто fнт = 0,75·5000 = 
3750 см2, складе: 
 
Fм 61,6 104
пчар   164,3≈160. 
f нт 3,75 103
Приймаю один електроділізний апарат рамкового типу із заставною 
сіткою-турбулізатором з полівінілхлориду ромбічного перетину, яка 
виготовлена шляхом безвідходної просічки-витяжки. Коефіцієнт збільшення 
електричного опору камери через приміщення в неї сітки-турбулізатору [36] 
Кек = 0,54. 
- Необхідну напругу на клемах випрямляча визначаю за питомою 
електричною провідністю ділюату та розсолу на початку та в кінці циклу 
знесолювання, питомою електричною провідністю та потенціалом мембран, 
втратою напруги на електродах апарату Еел = 4 В. 
Питома електрична провідність на початку циклу знесолення: 
Ділюату 
 
С 0,905 42,90,905
хД    0,36 102  См·см-1; 
8300 8300
розсолу (при 4, 5-кратній його концентрації) 
 
(4,5С)0,905 193,050,905
хР    0,014  См·см-1. 
8300 8300
 
Питома електрична провідність в кінці циклу знесолення: 
 
160,905
х   0,188 102
Д  См·см-1. 
8300
 
Внутрішній електричний опір однієї чарунки (ділюатна + розсільна   
камери) електродіалізного апарату визначаю за формулою, Ом: 
 
                  R  (1/ f п п
нт)d(1KC ) / xД  d(1 KC )xp  К  А ,                      (6.16) 
 
де КС – коефіцієнт збільшення електричного опору камери через наяв- 
     ність в ній сепараторів (турбулізаторів-сіток); 
      п
К  та  п
А  - питомий поверхневий опір катіонітової та аніонітової  
     мембран, Ом·см2. 
На початку циклу 
 
Rпоч  1/ 3,75 103 1,2 101(1 0,54) /(0,36 102 ) 1,2 101(1 0,54) / 0,014  30  30 3,4 102
 
 В кінці циклу 
 
R  1/ 3,75 103 1,2 101(1 0,54) /(0,188 102
к ) 1,2 101(1 0,54) / 0,014  30  30 4,6 102
         
Середній електричний опір однієї чарунки: 
 
R 2
сер  (Rпоч  Rк ) / 2  (3,4 4,6) 10 / 2  4 102 Ом. 
 
Мембранний потенціал обчислюю за формулою, В: 
 
Ем  0,1lg( CР / C Д ) , 
де                                             СР  С ДКС  
Тоді на початку циклу Е п
м  0,1lg( 2 86,7 / 2)  0,194В; 
в середині циклу Е сер
м  0,1lg( 2 86,7 /1,5)  0,206 В; 
в кінці циклу Е к
м  0,1lg( 2 86,7 /1)  0,224 В. 
Напруга на електродіалізному апараті, яка необхідна для підтримання 
середньої розрахункової густини струму (електродний потенціал Еел = 4 В), 
по формулі: 
 
                                  U  if нтn сер
чарRсер  Eел  2nчарEм ,                                  (6.17) 
 
де і – розрахункова густина струму, А/см2; 
     fнт – площа однієї мембрани з урахуванням коефіцієнту екранування,  
     см2; 
     nчар – кількість чарунок в апараті; 
     Rсер – середній електричний опір однієї чарунки, Ом; 
     R сер
м  – мембранний потенціал, В. 
 
U  0,0085 3,75 103 160 4 102  4 2 160 0,206  273,92 В ≈ 274 В. 
 
- при даній напрузі густину струму на апараті на початку та в кінці 
циклу знесолення визначаю за формулою: 
 
U  (E п(к)
ел  2nчарEм )
                                        i  ,                                      (6.18) 
f нтnчарRп(к)
 
де U – напруга на клемах випрямляча, В; 
     Е п(к)
ел та Ем  – електродний та мембранний потенціали, В; 
    Rп(к) – внутрішній опір однієї чарунки, Ом. 
Тоді густина струму на початку циклу 
 
274  (4  2 160 0,194)
іп   0,0102 А/см2; 
3,75 103 160 3,4 102
 
в кінці циклу 
 
274  (4  2 160 0,224)
ік   0,0072 А/см2; 
3,75 103 160 4,6 102
 
в середньому за цикл сила струму складе: 
 
ісер  (0,0102  0,0072) / 2  0,0087 А/см2. 
 
Розрахункова густина струму склала 0,0085 А/см2. 
- швидкість руху води в ділюатній камері, яка запобігає поляризації, 
та деполяризаційну швидкість руху води в розсільній камері визначаю за 
формулою: 
 
                                       V кр  Bi1/ p
деп /(C1/ pdекв ) ,                                           (6.19) 
 
де В і р – параметри, які залежать від конструкції камери та сітки- 
    турбулізатору, температури води і співвідношення коефіцієнтів дифу- 
     зії розчинених солей у воді; в розрахунковому випадку В = 2,5; р =  
     0,67 та 1/р = 1,492; 
     і – густина струму, А/см2; 
    С – середня концентрація розчинених солей в ділю аті в кінці циклу,  
    ммоль/дм3; 
    dекв – еквівалентна відстань між мембранами, см. 
В розрахунковому випадку швидкість руху води в камерах складе: 
 
V кр  2,5 0,00721,492
деп /(0,021,4920,081) ≈ 6,7 см/с. 
 
- витрати (мінімальні) циркулюючого в системи ділюату (розсолу) 
для підбору циркуляційних насосів: 
                                                Q  N n кр
е чарdLVдеп ,                                          (6.20) 
 
де Nел – число електродіалізних апаратів; 
     d = 0,0012 – товщина ділюатної (розсільної) камери в електродіаліз-  
      ному апараті, м; 
      L = 0,42 – довжина шляху потоку (лабіринту), м. 
 
Q 1160 1,2 103 0,42 6,7 102  5,4 103 м3/с = 19,4 м3/год 
- витрати енергії на обробку води в електродіалізній установці: 
на сепарацію солей (власне електродіаліз): 
 
W  if нтUNе /1000  0,0085 3,75 103  274 1/1000  8,73кВт·год; 
 
на перекачування по циркуляційним системам ділюату та розсолу 
(сумарно) по формулі: 
 
2,72HQ
                                             W  ,                                               (6.21) 
пер
нас ДВ
 
де Q – витрати ділюату, розсолу або промивної води, м3/год; 
     ηнас – ККД насосу; 
     ηДВ – ККД електродвигуна; 
     Н – втрати напору в електродіалізатор, м. 
 
Wпер  22,72 /(0,6 1,0)83,3 19,4 14652 Вт·год = 14,7 кВт·год; 
 
сумарний на обробку 1 м3 води в електродіаліз ній установці: 
 
(Wзнес Wпод. ) / Q  (8,7314,7) /83,3  0,281 кВт·год/м3. 
З урахуванням промивки приелектродних камер, втрат енергії на 
переполюсування, на роботу компресора і т.п. витрати енергії складуть 
приблизно 0,5 кВт·год/м3. 
 
6.5 Розрахунок вертикального відстійника 
 
Вихідні дані: 
- максимальний приток стічної води, q = 0,231 м3/сек; 
- розрахункова швидкість притоку стічної води, v = 0,7 мм/сек = 
0,0007 м/сек; 
- тривалість відстоювання, t = 1,5 год 
Розрахунок: 
 
- глибина проточної частини відстійника: 
 
h1  0,0007 5400  ≈ 3,8 м. 
 
- швидкість руху стічної води в центральній трубі приймаю з 
урахуванням того, що у відстійнику встановлений відображальний щит, в 
цьому випадку v1 = 0,1 м/сек. Тоді площа центральної труби по формулі: 
 
q
                                                      f  ,                                                  (6.22) 
v1
 
де q – максимальні секундні витрати стічної води, л/сек; 
     v1 – швидкість води в центральній трубі, мм/сек. 
 
0,231
f   = 2,31м2, 
0,1
площина живого перерізу відстійника (площина в плані): 
 
0,231
F1   ≈ 330 м2, 
0,0007
та повна площина (в плані) по формулі: 
 
2
F  F1  f  330 2,31 ≈ 332 м . 
 
Приймаю чотири відстійника, тоді площа одного відстійника: 
332
F    = 83 м2 
4
та діаметр 
4F  4 83
D    ≈ 10,3 м. 
 3,14
 
Приймаю типові відстійники діаметром 10 м зі збірного залізобетону. 
 
6.6 Розрахунок пісколовловлювача 
 
На пісковловлювачі надходить 2 000 м3/добу води.  
Тоді: 
 
Q K
                                     ср н
q   м3
max /сек                                           (6.23) 
24 3600
 
де Qср - кількість води, що надходить на пісковловлювач, м3/добу; 
     Кн - коефіцієнт нерівномірностей = 1,15. 
 
2000 1,15
qmax   0,03  м3/сек 
24 3600
 
Приймаю два робочих відділення пісковловлювачів. 
- площу живого перерізу кожного відділення визначаю за 
формулою: 
 
q
                                                  W  max м2,                                             (6.24) 
 n
 
де ν - середня швидкість руху потоку, приймаю 0,3 м/с; 
     n - кількість відділень, шт. 
 
0,03
W   0,05  м2 
0,3 2
 
- довжину пісковловлювачів визначають по середній лінії кругового лотка: 
 
R h 
                                                      L  ,м,                                                 (6.25) 
U0
 
де R - коефіцієнт, що враховує вплив турбулентності та інших факторів, становить 1,3; 
     h - глибина проточної частини пісковловлювача, приймаю 1м; 
     U0 - гідравлічна крупність піску, приймаю 18,7 мм/с. 
 
1,310,31000
L   21  м 
18,7
- діаметр по осі проточної частини визначаю за формулою: 
 
L
                                                 D                                                        (6.26) 

 
21
D   6,7м. 
3,14
 
- необхідну площу поверхні пісковловлювача визначаю за формулою: 
 
q
                                                  F1 
max ,м2.                                         (6.27) 
U0
 
0,03 1000
F1  1,6  м2 
18,7
- загальну ширину пісковловлювачів визначаю за формулою: 
 
F
                                                         B  1 ,м.                                         (6.28) 
L
 
1,6
B   0,08  м 
21
 
При цьому наповнення в пісковловлювачі при максимальній витраті 
води буде складати: 
 
W
                                                  h1   ,м.                                              (6.29) 
B
 
0,05
h1   0,63  м 
0,08
- час обробки води в пісковловлювачах визначаю за формулою: 
 
L
                                                    t                                                      (6.30) 

21
t   70 с 
0,3
 
- загальна площа пісковловлювачів у плані становить: 
 
                                                  F  n B L                                             (6.31) 
 
F  2 0,08  21 3,4  м2 
 
- при розвантаженні осаду 1 раз на місяць максимальна висота шару 
піску буде дорівнювати: 
K V
                                                   h  нп n
0                                          (6.32) 
F
 
де Кнп - коефіцієнт, що враховує нерівномірності розподілення піску = 3.  
 
 
3  2
h0  1,8  м 
3,4
 
Вибираю одну пару пісковловлювачів пропускною здатністю 5000 
м3/добу або 0,05 м3/сек., це підтверджується тим, що максимальна витрата 
стоків = 0,04 м3/сек. 
Тобто: 
q
                                             Nn 
max                                                      (6.33) 
qn
 
0,03
N n   0,6  пари 
0,05
 
Діаметр пісковловлювача – 7 м, глибина – 7м, швидкість руху потоку 
води – 0,3 м/сек. 
 
6.7 Розрахунок піщаного фільтра  
 
Середні добові витрати води Q 3
сер. доб. = 2000 м /добу. 
- середні секундні витрати на очищувальну станцію: 
 
Qсер.доб. 2000
                            q    0,02  м3
сер /сек                               (6.34) 
24 3600 86400
 
Загальний коефіцієнт нерівномірності Кзаг. = 1,27 [8]. 
Проектую одношарові піщані фільтри з висхідним потоком води. 
приймаю vф = 7 м/год, n = 1 (тривалість циклу фільтрації 24 години); W3 = 18 
л/сек·м2; t3 = 8 хв. = 0,12 год.; t4 = 0,33 год. [8]. 
- сумарна площа фільтрів: 
 
Q 2000 1,27
F  k   16,1 м2.     (6.35) 
Tv  3,6nW t  nv t (24 7)  (3,6 118 0,12)  (17 0,33)
ф 3 3 ф 4
 
- кількість фільтрів визначаю за емпіричною формулою: 
 
N  0,5 F  0,5 16,1  2  шт.            (6.36) 
 
- площа одного фільтра: 
 
              2
F  F / N 16,1/ 2  8м , а розмір його в плані 2,83×2,83 м.     (6.37) 
1
Приймаю кількість фільтрів, які знаходяться в ремонті, Nрем. = 1 [8]. Тоді 
швидкість фільтрування води при форсованому режимі: 
 
N 2
                            v V  7 14  м/год.                               (6.38) 
ф.ф. ф
N  N р 2 1
 
Далі розраховую розподільчу систему фільтру. Інтенсивність промивки 
фільтру прийнята W3 = 18 л/сек·м2. Тоді кількість промивної води, яка 
необхідна для одного фільтру: 
 
                                       qпр  F1W3  8 18 144  л/сек.                               (6.39) 
Діаметр колектору розподільчої системи знаходжу по швидкості входу 
промивної води dкол = 900 мм. При витратах 144 л/сек. vкол = 1 м/сек. [8]. 
Приймаю відстань між відгалужуваннями розподільчої системи m=0,3 м. 
Площа дна фільтру, яка приходиться на кожне відгалуження (при 
зовнішньому діаметрі колектору 920 мм): 
 
dвід  (2,83 0,92) 0,3/ 2  0,29  м2, 
а витрати промивної води , яка поступає крізь одне відгалуження, 
qвід  fвідW3  0,29 18  5,22  л/сек. 
 
Діаметр труб відгалужень приймаю 90 мм (ГОСТ 3262-75) [8]. 
Швидкість входу води у відгалуження v = 1,8 м/сек. 
Для забезпечення 95%-ної рівномірності промивки фільтру подавання 
промивної води має здійснюватися під напором на початку розподільчої 
системи. 
 
v2  v2
12 1,82
            Н  2,91h 13,5 кол  2,911,513,5  7,29 м,               (6.40) 
0 0
2g 2 9,81
 
де h0 = 1,5 м – висота завантаження фільтру піском. 
- витрати промивної води, яка витікає крізь отвори в розподільчій 
системі визначаю за формулою: 
 
                                         qпр   f0 2gH0 ,                                            (6.41) 
 
де μ – коефіцієнт витрат (для отворів – 0,62); 
     f0  - загальна площа отворів. 
З цієї формули визначаю загальну площу отворів: 
 
qпр 0,144 2
 f0    0,019  м . 
 2gH 0 0,62 2 9,817,29
При dотв = 15,0 мм площа отвору f0 = 1,77 см2. Загальна кількість отворів: 
 
                              no  f0 / f0 190/1,77 107  отв.                                (6.42) 
 
Загальна кількість відгалужень на кожному фільтрі (2,83/0,3)2 = 19. 
Кількість отворів, яка приходиться на кожне відгалуження, 107/19 ≈ 6 шт. 
При довжині кожного відгалуження 1від = (2,83-0,92)/2 = 0,96 м та 
розташуванні отворів в два ряди в шаховому порядку відстань між отворами 
10 = 1отв/6 = 0,96/6 = 0,16 м або 160 мм. Проводжу розрахунок збірних 
відвідних жолобів фільтру. Приймаю чотири жолоба з трикутною основою. 
Відстань між жолобами складе 2,83/4 = 0,71 м [8]. 
- Витрати промивної води, які приходяться на один жолоб: 
 
                                  qж  qпр / 4 144 / 4  36  л/сек.                                  (6.43) 
 
Приймаємо ширину жолоба В = 0,45. Площа поперечного перетину 
жолоба в місті його примикання до збірного каналу визначаю за формулою 
Д. М. Мінца: 
                 f 1,733 (q 2 /g) B 1,733 (0,0362
ж / 9,81)0,45  0,04  м2.                    (6.44) 
 
Конструктивно приймаю розміри жолоба [8]. При цьому найменше 
перевищення кромки жолоба над рівнем води в ньому складе 4 см. 
- висота кромки жолоба над рівнем завантаження: 
 
                       hж  (h0e /100)  0,3  (1,5 25/100)  0,3  0,68  м,                  (6.45) 
 
де е = 25% відносне розширення фільтруючого завантаження. 
З урахуванням товщини дна загальна висота жолоба 0,56 + 0,04 = 0,6 м. 
Відповідно, відстань від низу жолоба до верху завантаження фільтру буде 
0,68-0,6 = 0,08 м, що задовольняє вимогам. 
 
6.8 Розрахунок вертикального фільтру з цеолітовою загрузкою 
 
Витрати води Q = 2000 м3/добу. 
В якості завантажувального матеріалу вибираю природній цеоліт (Кз.м. = 
0,62) крупністю фракцій dфр. = 15 мм та густиною  = 0,02 т/м3. 
- висота шару загрузочного матеріалу: 
 
                                         Н  К п
змdфр (3 lg b) v ,                                       (6.46) 
 
де b = 0,0225 – концентрація лугу, г-екв/л [8, сторінка 168]; 
     v = 6 м/год – швидкість фільтрації, м/год [8, сторінка 168]; 
     n = 1,47 – константа [8, сторінка 168] 
 
Н  0,62 151,47 / 3 lg 0,0225 / 6  108 см 
 
- площа фільтрації: 
 
                                         F  Q /V  0,023/ 0,0017 13,6  м2,                                      
(6.47) 
 
де Q – витрати води, м3/сек; 
     v – швидкість фільтрації, м/сек. 
- витрати реагенту на добу: 
 
                        М  mAQ /1000  0,94 1,1 2000 /1000  2,07  т/добу              (6.48) 
 
де m = 0,94 – стехіометричний коефіцієнт. 
- фактичні витрати цеоліту: 
                                           Мф 1,5М 1,5 2,07  3,11                                (6.49) 
 
- тривалість роботи фільтру без перевантаження на добу: 
 
                         t W / M ф  НF / M ф 108 13,6 0,02 / 3,11  9,4                   (6.50) 
 
де W – маса завантаженого в фільтр цеоліту, т. 
Згідно розрахунків я приймаю два тангенціальних пісковловлювача з 
діаметром 7м та глибиною 7 м, та з середньою швидкістю руху води 0,3 м/с.  
Приймаю чотири робочих вертикальних відстійники з діаметром 10 м та 
швидкістю руху води 0,1 м/сек.. Один робочий біофільтр з пластмасовою 
загрузкою з об’ємом загрузки 800м3 та площею фільтра 200м2. Один мокрий 
газгольдер для кисню об’ємом 191 м3 та один мокрий газгольдер для хлору 
об’ємом 47 м3. Два піщаних фільтра з площею одного фільтру 8 м2. Два 
вертикальних цеолітових фільтра круглих в плані висотою 1,08 м та 
діаметром 3,69 м кожен. Один електроактиватор з розмірами: висота 3 м, 
ширина 2,91 м, довжина 4,55 м та кількістю електродів 89 шт. Згідно 
розрахунків обираю електродіалізатор прокладочного типу з кількістю 
парних мембран 160 шт. 
  
7 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА У НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 
 
7.1 Аналіз умов праці при експлуатації обладнання цеху очистки води 
 
Робота в цеху очистки води характеризується наступними видами 
небезпеки : 
 небезпека виникнення пожеж – визначається наявністю 
електронагрівального обладнання та електросилових установок, що 
забезпечують кондиціонування повітря та перекачку розчинів в 
технологічній схемі; 
 небезпека хімічних уражень та отруєнь – в результаті попадання 
на тіло людини і слизові оболонки хімічних речовин;   
 ураження електричним струмом – за умов наявності пошкоджень 
електропроводки та електрообладнання, а також в результаті не виконання 
правил електробезпеки; 
 механічні травми – наявність механізмів, що рухаються та 
обертаються. 
Пропонується у якості засобів захисту – окуляри, резинові рукавиці, 
резиновий фартух та резинові чоботи. 
В цеху існує потенційна небезпека враження робітників електричним 
струмом. В цеху очистки води використовується наступне електричне 
обладнання: 
– електродвигуни  приводів  насосів, вентиляторів, компресорів 
(напруга 380 В); 
- електрохімічні реактори; 
- мережа освітлення цеху (220 В). 
Головною причиною нещасних випадків спричинених дією 
електричного струму є: 
- випадкове торкання або наближення на небезпечну відстань до 
-  
 деталей, що знаходяться під напругою; 
- поява напруги на металічних конструктивних частинах 
обладнання в результаті пошкодження ізоляції; 
- поява напруги на відключених струмопровідних частинах 
обладнання на яких працюють люди через помилкове їх 
підключення до мережі; 
- виникнення крокової напруги в результаті замикання 
струмопровідних елементів на поверхню землі. 
Технологічний персонал, що здійснює експлуатацію технологічного і 
іншого устаткування, повинен мати 1 кваліфікаційну групу по електробезпеці. 
Кваліфікація привласнюється до початку роботи після інструктажу і перевірки 
знань безпечних методів роботи на устаткуванні особою, відповідальною за 
електрогосподарство. Результати перевірки оформляються в журналі реєстрації 
інструктажів по охороні праці на робочому місці без видачі свідоцтва. 
Перевірка знань і підтвердження кваліфікаційної групи по 
електробезпеці технологічного персоналу проводиться щорічно. 
Технологічний персонал виробничих цехів повинен бути проінструктованим 
про небезпеку електричного струму і заходи безпеки при роботі на ділянці і 
при обслуговуванні технологічного електрифікованого устаткування, бути 
ознайомленим з правилами надання першої долікарської допомоги при 
враженні електричним струмом. 
 
7.2 Характеристика шкідливих факторів в виробничих приміщеннях 
 
          7.2.1 Шум та його характеристика 
Допустимі рівні шуму на робочих місцях встановлюють санітарні 
норми ГОСТ 12.1. КО 3-83.  
Характерним впливом шуму є скарги на підвищення втомлюваності, 
 загальну слабкість, роздратування, апатію, послаблення пам'яті, пітливість 
та інші нездужання. Практикою встановлено також вплив шуму на органи 
зору людини – зниження гостроти зору та зниження чутливості розрізнення 
кольорів. Страждає від шуму також вестибулярний апарат, порушуються 
функції шлунково-кишкового тракту, підвищується внутрішньочерепний 
тиск, порушуються процеси обміну в організмі та ін.  
Шум, особливо непостійний (коливальний, переривчастий, імпульсний 
погіршує здатність до виконання точних робочих операцій, ускладнює 
сприйняття інформації. Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ) 
відзначає, що найбільш чутливими до впливу шуму є такі операції, як збір 
інформації, складання і мислення. Несприятливий вплив шуму на працюючу 
людину призводить до зниження продуктивності праці, створюються 
передумови для виникнення нещасних випадків та аварій. 
Робота в лабораторії висококваліфікована, що потребує зосередженості 
при вимірюванні та аналітичній роботі, тому еквівалентний рівень звуку 60 
дБА. 
 
7.2.2 Мікроклімат виробничих приміщень та його нормування 
 
Параметри мікроклімату: 
1) температура повітря Т, 0С; 
2) відносна вологість Y, %;  
3) швидкість руху повітря V, м\с. 
             
Значні коливання параметром мікроклімату можуть привести до 
порушення терморегуляції організму (здатність організму утримувати 
постійну температуру), що призводить до порушення системи кровообігу, 
загальної слабкості тощо. 
Нормування параметрів мікроклімату здійснюється згідно ГОСТ 
12.1.КО 3-83. Встановлені оптимальні та допустимі параметри мікроклімату. 
Нормативні величини температури, відносної вологості і швидкості руху 
повітря в робочій зоні надано в табл. 7.1. 
Параметри мікроклімату нормуються залежно від наступних факторів:  
1) періоду року;  
2) категорії важкості робіт по фізичному навантаженню;  
3) виду робочого місця. 
         Роботу в лабораторії відносять до категорії легкої тяжкості робіт 1 а, 1 
б, так як робота виконується сидячи, стоячи або пов’язана з ходьбою, але не 
вимагає систематичної фізичної напруги чи підняття або переносу тягаря. 
  
Таблиця 7.1 – Нормативні величини температури, відносної вологості і 
швидкості руху повітря в робочій зоні 
Період Категорія Температура, ˚С  Відносна Швидкість руху 
року роботи вологість,   
Оптим. Допустима повітря, м/с 
   % 
Верхня межа Нижня межа  Оптим. Допуст. 
п.р.м. п.р.м. п.р.м п.р.м 
Холод- 1а 22-24 25 26 21 18       40-60 0,1 <0,1 
ний 
1б 21-23 24 25 20 17 40-60 0,1 <0,2 
Теп-  1а 23-25 28 30 22 20 40-60 0,1 0,1- 
лий 0,2 
 1б 22-24 28 30 21 19 40-60 0,2 0,1-
0,3 
 
7.2.3 Електробезпека в лабораторії  
 
Електробезпека – це система організаційних та технічних заходів і 
засобів, що забезпечують захист людей від шкідливого та небезпечного 
впливу електричного струму, електричної дуги, електромагнітного поля і 
статичної електрики. Основними причинами електротравматизму на 
виробництві є: випадкове доторкання до неізольованих струмопровідних 
частин електроустаткування; використання несправних ручних 
електроінструментів; застосування нестандартних або несправних 
переносних світильників напругою 220 чи 127 В; робота без надійних 
захисних засобів та запобіжних пристосувань; доторкання до незаземлених 
корпусів електроустаткування, що опинилися під напругою внаслідок 
пошкодження ізоляції; недотримання правил улаштування, технічної 
експлуатації та правил техніки безпеки при експлуатації електроустановок 
тощо. 
Електроустаткування, з яким доводиться мати справу практично всім 
працівникам на виробництві, становить значну потенційну небезпеку ще й 
тому, що органи чуття людини не здатні на відстані виявляти наявність 
електричної напруги. В зв'язку з цим захисна реакція організму проявляється 
лише після того, як людина потрапила під дію електричної напруги. 
Проходячи через організм людини електричний струм справляє на нього 
термічну, електролітичну, механічну та біологічну дію. Лабораторію 
відносять до приміщень без підвищеної небезпеки. 
 
7.2.4 Організація пожежної охорони 
 
Причинами  пожеж та вибухів на підприємстві є порушення правил і 
норм пожежної безпеки, невиконання Закону «Про пожежну безпеку».  
Небезпечними факторами пожежі і вибуху, які можуть призвести до 
травми, отруєння, загибелі або матеріальних збитків є відкритий вогонь, 
іскри, підвищена температура, токсичні продукти горіння, дим, низький  
 вміст кисню, обвалення будинків і споруд. 
Відповідальним керівником робіт по ліквідації пожеж і аварій на 
підприємстві є головний інженер. Начальник структурного підрозділу, в 
якому виникла пожежа, є відповідальним виконавцем робіт по її ліквідації. 
 Виходячи з властивостей речовин і матеріалів, умов їх застосування і 
обробки і у відповідності із ОНТП 24-86 “Визначення категорій приміщень і 
будівель по  вибухопожежній і пожежній небезпеці” приміщення по 
вибухопожежній і пожежній небезпеці  діляться на п’ять категорій – А, Б, В, 
Г, Д. 
Приміщення лабораторії відносять до категорії В, згідно ОНТП 86 П- 
2а - ПУЄ, так як в приміщенні знаходяться горючі матеріали в холодному 
стані. Тому в лабораторії присутні димові датчики, ПК, вогнегасник ОУ-5, 
інструкція з пожежної безпеки на видному шесті, пісок з совком, азбестове 
покривало. 
  
8 ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ 
 
8.1 Дослідження ринку та забезпечення випуску продукції. 
 
 Вода – одне з найбільших багатств у житті людини. Вона широко 
застосовується в різних галузях життєдіяльності. У повсякденному житті 
людини використовується для пиття, приготування їжі, задоволення 
санітарно-гігієнічних потреб. Вода необхідна для забезпечення перебігу 
багатьох технологічних процесів, вирощування сільськогосподарської 
продукції та переробки її на продукти споживання, а також для різних 
галузей промисловості, де вона використовується як сировина, реагент, 
теплоносій, промисловий засіб тощо. 
Неухильний ріст міст, поліпшення санітарно-технічного благоустрою 
будинків, а також зміна згодом  якісних показників природних вод, 
вичерпання джерел, використовуваних для водопостачання, потребують 
безупинного росту продуктивності систем водопостачання та розроблення 
нових джерел водопостачання. 
Установка по опрісненню шахтної води забезпечує споживачів питною 
водою 1350 м3/добу, якість якої відповідає державним стандартам за всіма 
показниками. 
Продукція відповідає вимогам державного стандарту за наступними 
показниками: питома електропровідність, загальний органічний вуглець, 
хлориди, нітрати, алюміній, важкі метали, бактеріальні ендотоксини.  
Крім опрісненої питної води станція випускає підготовлену воду для 
власних потреб продуктивністю 600  м3/добу. 
 
 
 
8.2 Виробничий план підприємства 
 
8.2.1 Вибір методу виробництва та режиму роботи цеху. 
 
Сировиною для отримання питної води є шахтна вода, що забирається 
насосами із підземних виробок.  
Технологічний процес очищення і підготовки шахтної води відбувається 
за такою схемою:  
 водозабір води та подача насосною станцією першого підйому на 
очищення; 
 очищення від механічних домішок; 
 флокуляція і відстоювання; 
 фільтрація , електроактивація; 
 відстоювання, електродіаліз; 
 фільтрація на піщаних та цеолітових фільтрах; 
 подача насосною станцією другого підйому. 
Продуктивність виробництва по готовому продукту: 600 м3/добу води 
для власних потреб станції та 1350 м3/добу питної води. 
У зв`зку з тим, що зупинка обладнання може призвести до значних 
втрат сировини, порушення технологічного режиму вводимо безперервний 
режим роботи станції.  
Цех водопідготовки працює по режиму з безперервним робочим тижнем 
в три зміни по 8 годин. Кількість бригад визначається за формулою: 
 
                                                   П = 24/tзм + 1,                                           (8.1) 
 
де tзм - тривалість зміни, год. 
Отримуємо: 
П = 24/8 + 1 = 4 бригади. 
 
- тривалість змінооберту визначаємо за формулою: 
 
                                                       Т = Па,                                            (8.2) 
 
де а - число робочих днів у зміні протягом тижня. 
 Тоді: 
Т = 42 = 8 днів. 
 
Роботу обслуговуючого персоналу організовуємо цілодобово по 
чотирьох бригадному графіку з прямим чередуванням змін. 
 Виходячи з отриманих розрахунків складаємо графік змінності бригад, 
який наведений у таблиці 8.1. 
  
Таблиця 8.1 – Графік змінності 
 
 Числа місяця 
Бригади 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 
1 А А - В В В В - С С С С - - А 
2 С С С С - - А А А А - В В В В 
3 В В В - С С С С - - А А А А - 
4 - - А А А А - В В В В - С С С 
 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 
1 А А А - В В В В - С С С С - - 
2 - С С С С - - А А А А - В В В 
3 В В В В - С С С С - - А А А А 
4 С - - А А А А - В В В В - С С 
 
 А - робоча зміна з 16-00 до 0-00; 
 B - робоча зміна з 8-00 до 16-00; 
 C - робоча зміна з 0-00 до 8-00. 
 
- за цим графіком змінообіг складає 12 днів, з них 9 робочих та 3 
вихідних, тобто на протязі року працівник відпрацьовує таку кількість змін: 
 
Рд=365·9/12= 274 дні; 
та має вихідних: 
В= 365·3/12= 91 день. 
- денний персонал працює в одну зміну по п’ятиденному тижню і за рік 
всього відпрацьовує: 
 
Р=365·5/(7)-10=251 день 
  
та має вихідних: 
В=365·2/7=104 дні. 
 
8.2.2 Фонд часу роботи обладнання  
 
Календарний фонд – це максимально можливий фонд часу роботи 
обладнання на рік. Тобто: 
 
Fк = 36524 = 8760 год. 
 
- номінальний фонд часу роботи обладнання в залежності від 
встановленого режиму виробництва визначається за формулою: 
 
                                                     Fд = 365np,                                             (8.3) 
 
де np - кількість годин роботи обладнання на добу. 
- для встановленого режиму: 
 
Fд = 36524 = 8760 год. 
 
- ефективний фонд часу дорівнює дійсному фонду за мінусом 
технологічних зупинок на ремонт, який проводиться у робочий 
час і визначається за формулою: 
 
                                                  Fеф = Fд – Трем – Т0,                                            (8.4) 
 
де    Трем – загальна тривалість зупинок обладнання по всіх видах ремонту 
протягом року, год.;  
         Т0 - тривалість зупинок технологічного характеру за рік, год. 
 
Fеф = 8760 – 480 – 24 = 8256 год. 
 
8.2.3 Розрахунок і побудова графіку ППР обладнання 
 
Система планово-попереджувального ремонту обладнання 
підприємства включає поточний, капітальний ремонт та міжремонтне 
обслуговування.  
Згідно з ремонтними нормативами, які регламентують час ремонту 
обладнання між ремонтами, розраховується структура міжремонтного циклу 
та будується графік ППР. 
У загальній кількості ремонтів в міжремонтному циклі один з них – 
капітальний. ак = 1. 
- кількість поточних ремонтів визначається за формулою: 
 
                                                 а t –1
nt = /tnt ,                                                 (8.5) 
 
де t – тривалість міжремонтного циклу, год.; 
     tnt – тривалість міжремонтного періоду відповідно поточному ремон- 
     ту, год. 
 
Отже для насосної станції кількість поточних ремонтів протягом року 
дорівнює: 
 
        ant = 8760/1750 – 1 = 4,006    приймаємо 4 поточних ремонта. 
 
Для тангенціальної пісколовки кількість поточних ремонтів протягом 
року дорівнює: 
 
        ant = 8760/2880 – 1 = 2,04    приймаємо 3 поточних ремонти. 
 
Для решти обладнання розрахунки здійснюються таким же чином. 
Отримані дані щодо часу роботи обладнання заносимо до таблиці 8.2. 
 
Таблиця 8.2 – Річний графік ППР обладнання цеху  
 
 Нормативи часу роботи Умовні позначення  
між ремонтами/ час ремонту та їх виконання Річна 
Найменування 
зупинки на ремонт по кварталам тривалість 
обладнання 
Кап.рем, Поточ.рем 1 2 3 4 зупинок, год 
год. год. 
25920 1750 
Насосна станція  Пт Пт Пт Пт 128 
252 32 
Тангенціальна 34560 2880 Пт Пт  Пт 108 
пісколовка 528 36 
Регулююча 13140 4380 
 Пт  Пт 96 
ємкість 72 24 
Змішувач- 8760 4380 
К   Пт 72 
флокулятор 48 24 
Камера утворення         34560 8640  Пт   104 
пластівців 260 104 
Вертикальний 13140 4380 
 Пт  Пт 96 
відстійник 72 24 
Біофільтр 25920 1750 Пт Пт Пт Пт 128 
252 32 
Електроактиватор 34560 1750 
Пт Пт Пт Пт 396 
324 24 
8760 4380 
Газгольдер Пт  К  72 
48 24 
133140 4380 
Насос Пт   К 96 
72 24 
8760 4380 
Змішувач К   Пт 72 
48 24 
34560 1750 
Електродіалізатор Пт Пт Пт Пт 396 
324 24 
  
Кінець таблиці 8.2 
 
34560 8640 
Резервуар   Пт  104 
260 104 
34560 2880 
Піщаний фільтр Пт Пт  Пт 108 
528 36 
Цеолітовий 51840 5640 Пт   Пт 480 
фільтр 720 240 
51840 5640 
Центрифуга Пт   Пт 480 
720 240 
 
8.2.4 Розрахунок виробничої потужності 
 
Виробнича потужність дільниці визначається продуктивністю 
основного апарату чи агрегату. Виробнича потужність цеху – 
продуктивністю основної дільниці.  
- для безперервного процесу розрахунок виробничої потужності 
проводиться за формулою:   
 
Q Tеф
N  , м3/добу                                          (8.6) 
                       Кр
 
де Q - продуктивність агрегату за годину; 
     Теф - ефективний фонд часу роботи обладнання; 
     Кр - витратний коефіцієнт. 
3,92 8256
N  1350 м3 /добу . 
24 1,0
8.2.5 Розрахунок вартості основних фондів 
 
Далі проводимо розрахунок вартості основних фондів, до яких належать 
вартість будівель та вартість обладнання. Розрахунок вартості будівель 
наведено у таблиці 8.3, а розрахунок вартості обладнання в таблиці 8.4. 
 
Таблиця 8.3 – Розрахунок вартості будівель 
Початкова 
Аморти- Сума аморти-
Найменування Кільк. вартість, тис. 
зація, % зації, тис. грн 
грн 
Будівлі: 
Насосна станція  1 35,726 5 1,786 
1 126,102 5 6,305 
Виробниче приміщення 
1 25,327 5 1,266 
Побутовий блок 
Споруди 
Відкритий майданчик під 1 105,500 5 5,275 
обладнання 
 292,655  14,632 
Всього 
 
Таблиця 8.4 – Розрахунок вартості обладнання 
Найменування Кіль Ціна за 15% Вартість з % Сума 
обладнання кість одиницю, витрат урахуван- амор амортиза-
тис. грн. на ням тиза ції, грн 
монтаж монтажу ції 
1 2 3 4 5 6 7 
Насосні станції 3 1534,8 230 5295 15 794 
Насоси 13 638 95 15340 15 2301 
Тангенційна 1 361 54 415,4 15 62 
пісколовка 
Регулююча 1 310 46,5 356 15 53 
ємкість 
Змішувач- 1 265 40 305 15 46 
флокулятор 
Камера утворення 1 286 430 330 15 49 
пластівців 
Відстійники 4 800000 1200 36800 15 5520 
Електроактиватор 1 1865 279 2144 15 321 
Газгольдери 4 682 102 3137 15 470 
Змішувач 1 160 24 184 15 27 
 
  
 Кінець таблиці  8.4 
1 2 3 4 5 6 7 
Резервуари 5 180 27 1038 15 155 
Електродіалізатор 1 5058 758 5816 15 872 
Піщані фільтри 2 275 41 632 15 95 
Цеолітові фільтри 2 332 49,8 763 15 114,5 
Центрифуга 1 960 144 1104 15 165 
Всього    73666  11050 
 
8.3 Штати і фонд заробітної плати персоналу  
 
8.3.1 Баланс часу роботи 
  
Баланс робочого часу визначає кількість днів, які повинен 
відпрацювати один середньосписочний робітник за рік в залежності від 
прийнятого у проекті режиму роботи цеху та тривалості робочої зміни. 
 Для безперервних виробництв з 8-годинною робочою зміною баланс 
роботи часу одного робітника в днях за рік складає: 
- календарний фонд – 365 днів; 
- вихідні та святкові дні – 91 день; 
- дійсний фонд часу роботи 274 дні; 
- неявки на роботу: відпустка - 24 дні; хвороба - 7 днів; виконання 
держобов’язків - 1 день. Разом невиходів - 32 дні. 
- ефективний фонд робочого часу одного робітника - 242 дні. 
Змінообіг становить 16 днів, тобто робітник працює 12 днів по 8 годин і 
має 4 вихідні. 
 
8.3.2  Визначення кількості працюючих 
Розрахунок кількості робітників проводиться за явочними списками. Для 
переходу від явочної до облікової кількості необхідно зіставити кількість 
днів роботи цеху з часом роботи окремого робітника за рік. 
При безперервній роботі цеху кількість днів роботи за рік становить 365 
днів, баланс часу роботи одного робітника - 242 дні, коефіцієнт переходу від 
явочної до облікової кількості робітників становить: 
 
                 365 : 242 = 1,5 
 
Різниця між обліковою і явочною кількістю робітників становить 
додаткову кількість для підміни в графіку змінності роботи та заміні при 
неявці в зв`язку з хворобою, відпусткою тощо. Порядок розрахунку кількості 
працюючих та фонду їх зарплати наводиться в таблиці 8.5 та 8.6. 
 
8.3.3 Розрахунки фонду зарплати робітників. 
 
Розрахунки фонду зарплати для робітників основних виробництв та 
допоміжних робітників наводяться окремо, тому що зарплата (з 
нарахуванням) робітників основних виробництв при калькуляції 
собівартості продукції включається в окрему статтю витрат, а 
допоміжних робітників в склад цехових витрат та витрат по утриманню та 
експлуатації обладнання. При цьому допоміжні робітники розподіляються 
на групи: 
- робітники по обслуговуванню технологічного процесу (КВПіА, 
лаборанти) – зарплата цієї групи включається в кошторис цехових витрат; 
- робітники по нагляду за технологічним обладнанням (ремонтні 
бригади, чергові слюсарі, електрики, налагоджувальники) – зарплата їх 
включається в кошторис витрат по утриманню та експлуатації 
обладнання; 
- робітники по поточному ремонту технологічного обладнання 
(ремонтні бригади по здійсненню поточних ремонтів самими цехами) – 
зарплата їх включається в склад витрат по поточному ремонту 
обладнання. 
Розрахунки фонду заробітної плати робітників проводяться на 
основі діючих тарифних умов, чисельності основних і допоміжних 
робітників та фонду часу. 
Результати розрахунків наведено в таблиці 8.5. 
 
8.4 Кошторис витрат 
 
8.4.1  Розрахунок собівартості продукції 
 
Розрахунки собівартості виробництва включають: 
1. Вивчення річної потреби в сировині, матеріалах, енергії; 
2. Розрахунки вартості електроенергії, води та пари; 
3. Розрахунки вартості обладнання та амортизаційних витрат; 
4. Кошторис цехових витрат основних виробничих цехів; 
5. Кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання; 
6. Складання калькуляції собівартості виробництва продукції та визначення 
її ціни. 
Розрахунки проводяться у відповідності з встановленими в 
технологічній частині нормами витрат сировини, матеріалів, палива, енергії 
та у відповідності з прийнятим обсягом виробництва. Закупівельні ціни 
взяті за даними підприємства. 
Витрати сировини та матеріалів надано в табл. 8.6. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 8.5 – Розрахунки чисельності робітників та фонду заробітної плати 
Розрахунки чисельності 
Розрахунки фонду заробітної плати 
робітників 
№ 
Перелік професій 
п/п 
1 Робітники основного цеху:                         
1.1 машиніст насосних станцій IV 3 1 3 4 1 381,9 418,20 167,28 585,48 29,27 614,75 
1.2 апаратник електрообробки V 3 1 3 4 1 413,9 453,24 181,30 634,54 31,73 666,27 
1.3 апаратник відстоювання та фільтрації IV 3 1 3 4 1 381,9 418,20 167,28 585,48 29,27 614,75 
1.4 апаратник реагентного відділення V 3 1 3 4 1 413,9 453,24 181,30 634,54 31,73 666,27 
2 Допоміжні робітники:             
2.1 слюсар-ремонтник (черговий) VI 3 1 3 3 0 444,8 487,23 194,89 682,12 34,11 716,23 
електромонтер по ремонту 
2.2 VI 3 1 3 3 0 444,8 487,23 194,89 682,12 34,11 716,23 
електрообладнання (черговий) 
2.3 слюсар по КВП і А  VI 3 1 3 3 0 444,8 487,23 194,89 682,12 34,11 716,23 
2.4 лаборант хіманалізу V 1 1 1 1 0 413,9 113,31 45,32 158,64 7,27 165,91 
2.5 лаборант хіманалізу (змінний) IV 3 1 3 4 1 381,9 418,20 167,28 585,48 28,55 614,03 
2.6 прибиральник виробничих приміщень оклад 1 1 1 1 0 93,2 102,02  102,02 17,45 119,47 
Всього   10 26 31 5    5332,54 277,6 5610,14 
 
тарифний розряд 
кількість змін на добу 
кількість робітників у зміну 
явочна кількість робітників 
облікова кількість 
робітників 
робітники для підміни 
за 8-годинну зміну, грн. 
Річний тарифний  
фонд зарплати, тис. грн. 
доплата до основного 
фонду, тис. грн. 
разом основний фонд 
зарплати, тис. грн. 
додаткова зарплата, тис. грн. 
річний фонд зарплати, грн. 
Таблиця 8.6 – Витрати сировини та матеріалів. 
Перелік сировини та Одиниці Ціна за Витрати на одиницю 
матеріалів виміру один., грн продукції 
Кількість Сума, грн 
Сировина :     
Флокулянт кг 1900 0,0008 2 
   
Матеріали:     
Пісок кг 73 0,5 36,5 
Полівінілхлорид кг 528 0,0008 0,5 
Цеоліт кг  80 1,035 83 
Всього :    120 
 
Потреби в силовій енергії розрахову ємо за формулою: 
 
                           Е с и л =N T K K ф ,                                 (8 .7)  
 
де  N - потужність бладнання, яке використовується, кВт; 
      Т - час роботи обладнання, год/рік; 
      К - коефіцієнт навантаження обладнання за потужністю, К=0,8; 
     Кф - коефіцієнт, який враховує косинус  , Кф=0,95. 
 
Витрати електроенергії, що використовується для живлення насосів:  
 
Енас = 14,782560,80,95 = 92236,03 кВт∙год/рік . 
 
92236,03  24
Це  0,199  кВт/м3 підготовленої води. 
1350 8256
 
Витрати електроенергії на опріснення 1 м3 води в електродіалізаторі 0,281 
кВт∙год /м3.  За рік це 0,281∙1350∙344 = 130496,4 кВт∙год/рік. 
Витрати електроенергії на опріснення 1 м3 води в електроактиваторі 1,4 
кВт∙год /м3. За рік це 1,4·1350·344 = 168560 кВт∙год/рік. 
 
Отже виробничі витрати електроенергії: 
 
Есил= 92236,03 + 130496,4 + 168560 = 391292,43 кВт∙год /рік. 
 
Потреба в електроенергії для освітлення визначається за формулою : 
 
Т S a K 1,02 1,05
Eосв  , (8 .8 )  
                             1000                          
 
де Т - період штучного освітлення в годинах в залежності від району розміщен- 
      ня установи становить 3000 год; 
               S - площа освітлення, м2; 
               а - потужність світильників на 1 м2 поверхні (8-15 Вт); 
              1,02 - коефіцієнт, який враховує втрати в мережах; 
              1,05 - коефіцієнт чергового освітлення. 
3000 116 8 0,8 1,02 1,05
Еосв   2385,33кВт / рік  
1000
 
Загальні потреби в електроенергії визначаються за формулою: 
 
                                Е = Есил + Еосв.,кВт/рік                              (8.9) 
 
Е = 391292,43 + 2385,33 = 393677,76 кВт/рік. 
8.4.2 Кошторис цехових витрат 
 
Кошторис цехових витрат складається на основі попередніх розрахунків 
та заноситься у таблицю 8.7. 
 
8.4.3 Кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання. 
Кошторис складається на основі попередніх розрахунків та заноситься у 
таблицю 8.8. 
Таблиця 8.7 – Цехові витрати  
Сума, 
№ Статті витрат Примітки 
тис. грн 
1 2 3 4 
1 Заробітна плата цехового персоналу 1798,10  
2 Відрахування на страхування та 674,29 37,5% від фонду 
 нарахування на заробітну плату заробітної плати 
3 Утримання виробничих будівель 175,6 5-7% від їх 
 та споруд  вартості 
4 Поточний ремонт виробничих 87,8 2-3% від їх 
 
будівель  вартості 
 
Амортизація виробничих будівель 146,3  
5 
6 17,6 10% від ФОП 
Витрати на охорону праці 
Разом по ст.1-6 2899,69  
7 Зношування малоцінного інвентарю 10-15% від суми 
434,95 
та ін.  витрат по ст.1-6 
Разом цехових витрат 3334,64  
 
Таблиця 8.8 – Утримання та експлуатація обладнання 
Сума, тис. 
№ Статті витрат Примітки 
грн 
1. Утримання і витрати по експлуатації   
 виробничого обладнання, апаратури і   
 транспорту:   
 - зарплата робітників по нагляду і 4177,68 з табл. 9.5 та 9.6 
 обслуговуванню обладнання   
   
 - відрахування на соціальне  1566,63 37,5 % від ЗП 
 страхування   
- допоміжні матеріали 736,7 10% від вартості обладн 
 Разом по ст.1 6481,01  
2. Поточний ремонт обладнання і   
транспортних засобів:   
- зарплата робітників по ремонту 1432,46  
- нарахування на зарплату 537,17 37,5 % від  ЗП 
- послуги РМЦ, запасні деталі 368,3  5% від варт. обладн. 
 2337,93  
Разом по ст.2 
3. Амортизація виробничого обладн.,   
апаратури та транспортних засобів 1105 з табл. 9.4 
 9923,94  
Разом по ст.1-3 
4. Зношування малоцінного інвентарю,  3% від суми витрат по 
інструментів, пристроїв, переміщення 297,7 ст.1-3 
вантажів по території, інші витрати 
 10221,64  
Разом по кошторису 
 
8.4.4 Калькуляція собівартості продукції 
 
Розрахунки витрат на виробництво продукції використовуються на весь 
обсяг продукції підприємства за статтями калькуляції. Калькуляція собівартості 
заноситься в таблицю 8.9. 
 
Таблиця 8.9 – Калькуляція собівартості продукції 
Витрати на річну 
Ціна Витрати на 
Од. продуктивність 3
за одиницю (1 м ) 
Статті витрат вимі 
один., 
ру 
грн Кількість Сума, тис. Кількість Сума, грн 
грн 
1. Сировина :       
Флокулянт кг 190 372 70,7 0,0008 0,2 
 
2. Матеріали:       
Пісок кг 73 23220000 169,506 0,5 37 
Полівінілхлорид кг 528 37200 1,964 0,0008 0,4 
Цеоліт кг 80 48065400 384,523 1,035 83 
Всього :    55670  121 
3. Енергозатрати       
Електроенергія   кВт 24 39367776 9448,3 0,80 19 
Всього по ст. 1-3    65118,3  140 
4. Експлуатація грн   102216  220 
обладнання 
5. Цехові витрати  грн   33346  72 
6. Разом цехова грн   200681  432 
собівартість 
7. Витрати грн   5000  011 
загальнозаводські 
8. Виробнича грн   205681  443 
собівартість 
 
 
 
8.5 Оцінка ефективності роботи  установки демінералізації 
 
Показники використання основних засобів 
 
- фондовіддача:  
 
                                                  Фв = В/ Фср                                    (8.10) 
 
де   В -обсяг реалізованої продукції, тис. грн; 
      Фср - середньорічна вартість основних фондів, тис. грн. 
 Фв = 6762,03 / 1229,46 = 5500 грн/грн.   
 
- фондоємкість: 
 
                                                  Фє = Фср /В                                          (8.11) 
 
Фє = 122946 / 6762,03 = 18 грн/грн. 
 
- ціноутворення : 
 
                                                    Цпр = СпрНр                                       (8.12) 
 
Цпр = 443  1,20 = 532 грн/м3. 
 
- умовний рівень рентабельності: 
 
                                                 Р=((У–С)/ С)100                                   (8.13) 
 
де     У - оптова ціна , грн. 
     С - повна собівартість , грн. 
 
Р = ((5,32 – 4,43)/4,43)  100% = 20%. 
 
- сума річного прибутку становить: 
 
                                                  П=(У–С)М,                                       (8.14) 
 
де     М - потужність агрегату, м3/рік;  
П=(5,32 – 4,43)  464400 = 413,316 тис. грн/рік. 
 
- строк окупності: 
  
К 1000,00
Т =  =  ≈ 2,5 роки. 
П 413,316
 
Дані по економічним показникам представлені в таблиці 8.10. 
 
 Таблиця 8.10 – Економічні показники  
Показники 
№ Перелік показників Одиниця 
ефективності 
п/п виміру 
 
1 Обсяг випускаємої продукції м3/добу 1350 
2 Чисельність працюючих осіб 41 
3 Тривалість періоду днів 344 
4 Собівартість продукції грн/м3 4,43 
5 Ціна продукції грн/м3 5,32 
6 Інвестиції млн. грн 1,000 
7 Строк окупності  роки 2,5 
8 Рентабельність % 20 
9 Прибуток тис. грн/рік 413,316 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ВИСНОВКИ 
 
У кваліфікаційній роботі магістра  розроблено технологічну схему 
водопідготовки зниження вмісту мінеральних солей електрохімічним методом і 
продуктивністю 2000м3/ води на добу.  
В процесі виконання роботи: 
- розроблено технологічну схему підготовки води; 
- розроблено процес стабілізації складу води на піщаних фільтрах; 
- проведено розрахунок і вибір основного і допоміжного обладнання 
технологічної схеми; 
- розроблено заходи з охорони праці та техніки безпеки під час 
роботи в цеху та лабораторії;  
- зроблено економічні розрахунки: розраховано основні техніко - 
економічні показники виробництва. 
Під час розробки технологічної схеми підготовки води запропоновано 
використати двоступінчасту систему очищення для видалення солей жорсткості 
із застосуванням електрохімічного реактора та електродіалізатора.  
Сума річного прибутку від впровадження технологічної схеми 
демінералізації складає  413,316 тис. грн/рік. 
 В роботі досліджувалися зміни хімічних властивостей шахтної води після 
електроактивації і були встановлені оптимальні умови процесу.  
 Після проведення аналізу була встановлена якість вихідної води: рН = 7,5; 
сухий залишок = 9806 мг/дм3; концентрація хлоридів = 2958 мг/дм3; 
концентрація сульфатів = 450 мг/л; загальна твердість = 43,8 мг екв/дм3.  
 Експериментально встановлено, що оптимальними умовами 
електроактивації є: час 25 хв; напруга 15 В; сила струму 16А. За цей час 
електроактивована вода набуває таких властивостей: загальна твердість = 20,45 
мг·екв/дм3; концентрація хлоридів = 700 мг/дм3; концентрація сульфатів = 270 
мг/дм3; сухий залишок = 4665 мг/дм3. 
ДОДАТОК А 
 
.12
46
.88
42
.64
39
.40
36
.16
33
9.92
2
8
26.6
42.0 58.0 74.0 90.0 106.0 122.0 138.0
 
                                                                        Відстань між електродами, мм 
 
 
Рисунок А.1 – Графік залежності ступеня очищення шахтних вод від 
відстані між електродами в процесі електроактивації 
 
y = a + bx + cx2 + dх3+… 
у = 30.859375 + 1.2952083х + -0.033х2 + 0.00029791667 х3+… 
e = -9.375e-007 
 
 
 
 
 
 
 
            Ступінь очищення шахтних вод,% 
.44
55
.96
50
.48
46
2.00
4
2
37.5
.04
33
8.56
2 9.2 10.8 12.4 14.0 15.6 17.2 18.8
 
                                                                                                         Напруга, В 
 
Рисунок А.2 – Графік залежності ступеня очищення шахтних вод від 
напруги в процесі електроактивації 
 
y = a + bx + cx2 + dх3+… 
у = -1246.7 + 370.04167х + -39.927083х2 + 1.9083333 х3+… 
e = -0.033854167 
 
 
 
 
 
 
 
 
            Ступінь очищення шахтних вод,% 
.65
28
.15
25
.65
21
8.15
1
5
14.6
.15
11
5
7.6
520.0 680.0 840.0 1000.0 1160.0 1320.0 1480.0
 
                                                                            Час електроактивації, сек. 
 
Рисунок А.3 – Графік залежності ступеня очищення шахтних вод від часу 
проведення електроактивації 
 
y = a + bx + cx2 + dх3+… 
у = 81.5 + -0.38579167х + 0.00072239583х2 + -5.6145833e-007х3+… 
e = 1.5885417e-010 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
            Ступінь очищення шахтних вод,% 
.72
36
4.88
3
.04
33
.20
31
9.36
2
7.52
2
8
25.6
0.9 1.1 1.2 1.4 1.6 1.7 1.9
 
                                                                      Об’єм відбору проби кислої, дм3 
 
Рисунок А.4 – Графік залежності ступеня очищення шахтних вод від 
об’єму відбору проби кислої води в процесі електроактивації 
 
y = a + bx + cx2 + dх3+… 
у = 421.6 + -1217.0833х + 1368.9583х2 + -666.66667х3+… 
e = 119.79167 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
            Ступінь очищення шахтних вод,% 
.13
47
3.47
4
.81
39
.15
36
2.49
3
8.83
2
5.17
2 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 28.0
 
                                                                                                Сила струму, А 
 
Рисунок А.5 – Графік залежності ступеня очищення шахтних вод від сили 
струму в процесі електроактивації 
 
y = a + bx + cx2 + dх3+… 
у = 36.97376 + -4.2101733х + 0.56112667х2 + -0.025106667х3+… 
e = 0.00039333333 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
            Ступінь очищення шахтних вод,% 
.37
99
8.03
8
.69
76
.35
65
4.01
5
2.67
4
1.33
3 7.2 8.8 10.4 12.0 13.6 15.2 16.8
 
                                                                                                  Сила струму, А 
 
Рисунок А.6 – Графік залежності ступеня очищення шахтних вод від сили 
струму в процесі електродіалізу 
 
y = a + bx + cx2 + dх3+… 
у = 966.3 + -341.65417х + 45.261458х2 + -2.5614583х3+… 
e = 0.053385417 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
            Ступінь очищення шахтних вод,% 
.44
24
3.36
2
.28
22
.20
21
0.12
2
9.04
1
6
17.9
0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.1 0.1
 
                     Швидкість потоку розчину в камерах концентрування, м/сек 
 
Рисунок А.7 – Графік залежності ступеня очищення шахтних вод від 
швидкості потоку розчину в камерах концентрування в процесі електродіалізу 
 
y = a + bx + cx2 + dх3+… 
у = 11.4 + 687.5х + -21770.833х2 + 281250х3+… 
e = -1197916.7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
            Ступінь очищення шахтних вод,% 
.47
83
3.53
7
.59
63
.65
53
3.71
4
3.77
3
3.83
2 2.2 3.8 5.4 7.0 8.6 10.2 11.8
 
                                                                                                Число камер, шт. 
 
Рисунок А.8 – Графік залежності ступеня очищення шахтних вод від числа 
електродіалізних камер 
 
y = a + bx + cx2 + dх3+… 
у = 180.00078 + -108.51667х + 25.821354х2 + -2.3833333х3+… 
e = 0.077864583 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
            Ступінь очищення шахтних вод,% 
.92
63
7.08
5
.24
50
.40
43
6.56
3
9.72
2
8
22.8
0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.1 0.1
 
                                  Швидкість потоку розчину, який знесолюється, м/сек 
 
Рисунок А.9 – Графік залежності ступеня очищення шахтних вод від 
швидкості потоку розчину, який знесолюється в процесі електродіалізу 
 
y = a + bx + cx2 + dх3+… 
у = 87 + -6140х + 198645.83х2 + -2362500х3+… 
e = 9635416.7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
            Ступінь очищення шахтних вод,% 
.66
31
8.74
2
.82
25
.90
22
9.98
1
7.06
1
4
14.1
0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.1 0.1
 
                      Швидкість руху потоку води через електродні камери, м/сек 
 
 
Рисунок А.10 – графік залежності ступеня очищення шахтних вод від 
швидкості руху потоку води через електродні камери в процесі електродіалізу 
 
y = a + bx + cx2 + dх3+… 
у = 3.7 + 1160.8333х + -37708.333х2 + 516666.67х3+… 
e = -2291666.7 
 
 
 
            Ступінь очищення шахтних вод,%